以单细胞分辨率研究结直肠癌组织中细胞凋亡能力的肿瘤间和肿瘤内异质性

单细胞

来源：本站原创 2021-11-26 11:48

肿瘤细胞抑制凋亡的能力是恶性转化和限制治疗反应的关键。

肿瘤细胞抑制凋亡的能力是恶性转化和限制治疗反应的关键。在这里，作者对168例患者的373个核心组织芯片进行多重免疫荧光分析，分割了240万个单个细胞，并定量了18个细胞系和凋亡蛋白。作者在免疫细胞中发现BCL2的富集，在癌细胞中发现BAK、SMAC和XIAP的富集。

在单细胞分辨率下进行基于常微分方程的凋亡敏感性建模，并生成肿瘤内部和肿瘤内部凋亡敏感性异质性图谱。单细胞分辨率系统建模发现，与免疫细胞和基质细胞相比，癌细胞对线粒体通透性和执行者半胱天冬酶激活的敏感性增强，但显示出显著的肿瘤间和肿瘤内异质性。

图片来源：https://doi.org/10.1038/s41418-021-00895-9

凋亡信号通路的改变是肿瘤发生的关键步骤，先前在实体肿瘤组织中进行的定量研究发现，在不同患者之间，抗凋亡蛋白或促凋亡蛋白的水平有显著的，但往往是复杂的差异。个体患者的凋亡敏感性的预测由于关键凋亡通路中的信号冗余而变得复杂，例如线粒体凋亡通路。

bh3肽谱分析已成功应用于预测固体癌症治疗的结果和反应;然而，这项技术需要新鲜的组织。其他小组，包括作者自己的小组，已经使用来自新鲜冷冻或福尔马林固定组织的细胞凋亡调节基因的基因表达或蛋白质水平（蛋白质印迹和反向蛋白质相阵列）数据作为确定性信号网络模型的输入来估计内在细胞凋亡个体肿瘤的敏感性。基于常微分方程的模型 DR_MOMP 和 APOPTO-CELL。将细胞诱导凋亡的敏感性计算为两个过程，其中一个过程与另一个过程之间几乎没有反馈。

从一个过程到另一个过程几乎没有反馈的过程。DR_MOMP对BH3-only蛋白激活后触发的BCL2信号网络进行建模，而APOPTO-CELL对线粒体外膜透化(MOMP)下游caspase-3的激活进行建模。两种模型都已在结肠和其他癌细胞中进行了实验验证。

尽管这些技术在预测癌症患者的化疗反应和临床结果方面取得了成功，但这些批量技术需要对组织匀浆进行分析，并且会丢失重要的空间信息，包括信号的精确细胞来源。通过包含耐药亚群，某些肿瘤比其他肿瘤对治疗更具耐药性是可行的，这与表明肿瘤异质性在决定临床结果和治疗反应中的作用的证据一致。

这种耐药细胞群在复发时可能会导致更具侵略性的肿瘤。同样，化疗或放疗不仅影响肿瘤细胞，也影响肿瘤微环境中的细胞，如免疫细胞; 因此，抗肿瘤免疫细胞的凋亡敏感性高于肿瘤上皮细胞，可能对患者有害。

为了描述细胞凋亡信号中个体间和肿瘤内部的异质性程度，作者采用了一种创新的多重免疫荧光成像技术(Cell DIVE)，该技术由使用直接抗体-荧光团偶联物的重复染色图像-染料失活序列组成，以及少量来自不同物种的一抗和二抗检测，然后在结直肠肿瘤组织队列中进行单细胞分割。这使作者能够通过单细胞系统建模计算每个细胞的凋亡敏感性，并定量描述肿瘤间和肿瘤内的异质性。构成结直肠肿瘤的不同细胞类型之间的线粒体凋亡途径。