单细胞测序技术在妇科恶性肿瘤中的应用.pdf
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1、综 述第 37 卷第 2 期医学信息Vol.37 No.22024 年 1 月Journal of Medical InformationJan.2024作者简介:朱志英(1995.4-),女,福建泉州人,硕士研究生,主要从事妇科肿瘤方面的研究通讯作者:陈冀莹(1973.6-),女,内蒙古包头人,博士,主任医师,教授,主要从事妇产科方面的研究单细胞测序技术在妇科恶性肿瘤中的应用朱志英1袁黄金智2袁李玉婷3袁陈 影1袁陈冀莹4渊1.广东医科大学第一临床医学院袁广东 湛江524000曰2.深圳市龙华区中心医院妇产科袁广东 深圳518110曰3.佛山市顺德区妇幼保健院妇科袁广东 佛山528300曰4
2、.广东医科大学附属医院妇产科袁广东 湛江524000冤摘要院妇科恶性肿瘤是因妇科恶性肿瘤细胞异质性程度高和复杂的微环境导致形成袁为全球女性主要的死亡原因袁严重威胁着全球女性的健康遥单细胞RNA测序渊scRNA-seq冤技术指在单个细胞水平上袁对基因组或转录组进行扩增并测序的一项变革性新技术袁其最显著优势是精准度更高袁能捕捉到稀有的基因和亚群袁这是传统测序方法达不到的遥因此袁利用该技术有助于深入了解妇科恶性肿瘤的发生和发展机制尧发现新的标记物和潜在治疗靶点等袁有望为妇科恶性肿瘤患者的精准治疗提供理论基础遥本文主要介绍单细胞测序技术在宫颈癌尧子宫内膜癌和卵巢癌中的应用遥关键词院单细胞测序技术曰妇科
3、恶性肿瘤曰肿瘤微环境曰肿瘤异质性中图分类号院R737.33文献标识码院ADOI院10.3969/j.issn.1006-1959.2024.02.037文章编号院1006-1959渊2024冤02-0172-05Application of Single Cell Sequencing in Gynecological Malignant TumorZHU Zhi-ying1,HUANG Jin-zhi2,LI Yu-ting3,CHEN Ying1,CHEN Ji-ying4(1.The First Clinical Medical College of Guangdong Medical
4、University,Zhanjiang 524000,Guangdong,China;2.Department of Obstetrics and Gynecology,Shenzhen Longhua District Central Hospital,Shenzhen 518110,Guangdong,China;3.Department of Gynecology,Maternity&Child Healthcare Hospital of Shunde,Foshan 528300,Guangdong,China;4.Department of Obstetrics and Gynec
5、ology,Affiliated Hospital of Guangdong Medical University,Zhanjiang 524000,Guangdong,China)Abstract:Gynecological malignant tumor is formed due to the high degree of heterogeneity of gynecological malignant tumor cells and the complexmicroenvironment,which is the main cause of death for women worldw
6、ide and seriously threatens the health of women worldwide.Single cell RNAsequencing(scRNA-seq)is a revolutionary new technology that amplifies and sequenced the genome or transcriptome at the level of a single cell.Themost significant advantage is that it is more accurate and can capture rare genes
7、and subsets,which are not accessible by traditional sequencingmethods.Therefore,the use of this technology is helpful to deeply understand the occurrence and development mechanism of gynecological malignanttumors,discover new markers and potential therapeutic targets,and provide a theoretical basis
8、for the precision treatment of patients withgynecological malignant tumors.This article mainly introduces the application of single-cell sequencing technology in cervical cancer,endometrialcarcinoma and ovarian cancer.Key words:Single cell sequencing technology;Gynecological malignant tumor;Tumor mi
9、croenvironment;Heterogeneity of tumor肿瘤的发生发展是一个复杂且多阶段的过程,当内外源性因素引起基因组的不稳定时,易导致基因突变,突变的基因不断增殖和积累最终引起细胞表型发生改变,从而发生恶性分化。在细胞分化过程中,肿瘤细胞中遗传特性差异是发生复杂的肿瘤异质性的主要原因1。目前,研究者们对肿瘤细胞间的异质性及其形成机制了解不足,使大多数癌症患者的临床诊断及治疗方法仍面临着巨大的挑战。单细胞测序(single-cell sequencing,SCS)技术的引入,彻底改变了研究者们对肿瘤的了解2。随着单细胞RNA 测序(single-cell RNA seque
10、ncing,scRNA-seq)技术的不断创新,为深入研究肝癌、肺癌、妇科恶性肿瘤及血液系统等疾病的发生发展机制、治疗、转移及预后等提供了技术支持3-5。宫颈癌(cervical cancer,CC)、子宫内膜癌(endometrial carcinoma,EC)和卵巢癌(ovarian tumor,OC)是最常见的妇科恶性肿瘤,发病率呈逐年上升趋势,且呈现年轻化趋势。近几年,免疫治疗及靶向治疗虽然使部分患者获益,但仍无法满足患者的需求。主要是由于肿瘤在发生发展过程中,不同群体的基因异质性在肿瘤微环境中不断172综 述第 37 卷第 2 期医学信息Vol.37 No.22024 年 1 月Jo
11、urnal of Medical InformationJan.2024产生、扩增并与细胞相互作用,导致细胞代谢异常、免疫逃避以及耐药的发生6。目前为止,scRNA-seq技术在妇科恶性肿瘤中的研究较少,尚有较大的研究空间,有望在该领域取得重大突破。基于此,本文主要对近几年 scRNA-seq 技术在妇科恶性肿瘤中的应用进行综述,以期为未来研究者提供研究方向和理论基础。1单细胞测序技术scRNA-seq 技术指在单个细胞水平上,对基因组或转录组进行扩增并测序的一项变革性新技术。自 1975 年英国科学家 Sanger F7发明了第一代基因测序以来,基因测序逐渐成为人们探索细胞遗传物质变化和发病
12、机制的强有力工具。2009 年,Tang F等8首次在 Nature Methods 杂志上发表从单个细胞水平上的转录组测序相关文章,从此打开了scRNA-seq 的大门。相对于传统测序,scRNA-seq 最显著优势是更为精准,scRNA-seq 能检测到稀有的基因和亚群,能更好地揭示基因表达中特定细胞类型的差异,为癌症患者精准治疗提供理论基础9。而这些往往被传统测序所忽略。据国际癌症研究机构评估发现10,2040 年全球癌症预计将达到 2840 万例,比 2020 年增长约 47%,情况不容乐观。在过去的几年里,scRNA-seq 技术广泛用于探索各种癌症的细胞异质性、肿瘤微环境、肿瘤的侵
13、袭转移和耐药等方面。同时也应用于妇科恶性肿瘤中,使得人们对妇科恶性肿瘤有了更深入的了解。2单细胞测序技术与CCCC 是最常见的妇科恶性肿瘤,我国每年新发病例 13 万以上,发病率和死亡率位居全球第 4 位11,且发病人群日趋年轻化。据预测12,2030 年全球新出现的 CC 病例将增加至 85 万例,发病形势不容乐观。宫颈转化区,即宫颈鳞状上皮和柱状上皮交接部,是 CC 的好发部位。当转化区受到外来物质刺激,如人乳头瘤病毒感染、精液组蛋白及其他致癌物质,鳞状上皮细胞可出现间变或不典型表现,形成宫颈上皮内病变,随着病变继续发展,最终发展成 CC。正常情况下,当转化区因病毒感染或其他攻击而受到干扰
14、后,转化区会发生重塑从而维持其稳态13,目前尚不清楚该转化区生态位是如何发生重构的。人乳头瘤病毒(human papilloma virus,HPV)感染是宫颈癌最常见的病因。有研究者发现14,HPV 感染主要是通过调控转化区的储备干细胞,造成转化区稳态失调,导致肿瘤发生。与此同时,Chumduri C等15通过 scRNA-seq 描述宫颈上皮细胞亚群的特征,研究发现宫颈柱状上皮细胞和鳞状上皮细胞来自不同的宫颈谱系特异性干细胞群,且由基质的Wnt 信号调控,Wnt 信号选择性地驱动柱状系,同时对同一组织中鳞状系特异性干细胞施加静止状态,从而维持了转化区生态位的稳定;当鳞状上皮发生化生,Wnt
15、 抑制剂显著上调,这种 Wnt 抑制微环境的转变可能激活了静止的鳞状干细胞群,干细胞进一步侵入过渡区柱状上皮而发挥作用。一般认为,CC 发生发展过程中肿瘤间表现出高度的异质性,使得疾病发展过程中不断进化,最终导致治疗失败16。Li C 等17首次利用 scRNA-seq 技术对来自 CC 和正常宫颈组织的 20938 个细胞进行分析,发现了一个与肿瘤进展的发育层次相关的癌症干细胞(Cancer stem cells,CSCs)子集,肿瘤来源的内皮细胞中 ATP 结合盒亚家族 B 成员 1(ATP bind原ing cassette subfamily Bmember 1,ABCB1)和 ATP
16、 结合盒亚家族 G 成员 2(ATP binding cassette subfam原ily G member 2,ABCG2)的表达水平高于正常来源的内皮细胞,这与已发表的报道研究一致18。而ABCB1 和 ABCG2 的表达被认为是癌症耐药的一个生物标志物,其上调可能有助于化疗耐药和抗凋亡19,20,药物可能通过 ABC 转运体影响内皮细胞的功能而产生耐药的。另有研究者21对正常子宫颈、高级别上皮内瘤变、原发肿瘤和转移性淋巴结患者的宫颈组织进行 scRNA-seq,结果显示高级别上皮内瘤变组织表现出较低的肿瘤微环境(tumor microen原vironment,TME),肿瘤组织表现出免
17、疫抑制的 TME,而转移性淋巴结的 TME 提示免疫反应处于早期激活阶段。这些结果加深了研究者对肿瘤间和 TME 的异质性理解,为揭示 CC 的肿瘤内异质性提供了一定的理论基础。3单细胞测序与子ECEC 是发生于子宫内膜上皮的恶性肿瘤,位居全球女性恶性肿瘤第 6 位10。EC 虽好发于绝经后女性,但诊断时年龄小于 40 岁的患者高达 10%22,且其发病率会随着肥胖症和糖尿病发病率的上升而持续升高23。晚期和复发性的 EC 患者手术并发症风险高,5 年生存率低于 20%24。激素治疗、化疗和靶向173综 述第 37 卷第 2 期医学信息Vol.37 No.22024 年 1 月Journal
18、of Medical InformationJan.2024药物治疗是目前无法手术或拒绝手术患者的主要治疗手段25。但药物治疗存在不同程度上的耐药性、毒性反应及疗效不佳等问题。这些都与疾病的内在复杂性息息相关,而单细胞测序技术能解决以往研究的局限性,加深了对疾病的探索。目前,scRNA-seq 技术在 EC 中的应用相对有限。2017 年,Hashimoto S 等26率先使用 Nx1-seq 技术对子宫内膜样腺癌的肌层浸润侧(M 侧)和子宫内膜侧(E 侧)进行单细胞转录组分析,结果证实 E侧癌细胞恶性程度高于 M 侧,E 侧的上皮-间充质转化细胞通过抑制上皮细胞基因表达,将其转化为具有干细胞
19、特性的侵袭性肿瘤细胞。该研究还表明子宫肌层浸润是 EC 淋巴结转移的独立预后参数。另外,有研究者27整合已发表的 EC 单细胞转录组图谱,揭示了 ZEB2(E 盒结合锌指蛋白 2),发现上皮细胞转化为间充质细胞过程中的重要参与者,在 EC相关巨噬细胞中高度表达。此外,联合相关数据库发现 ZEB2 与巨噬细胞相关的免疫浸润有关,且影响 EC 患者的预后。Guo YE 等28在主导的一项 scR原NA-seq 研究中发现了不同的 CD8+T 细胞状态和单核-巨噬细胞群体,其中耗尽的 CD8+T 细胞和巨噬细胞在肿瘤中优先富集,且 CD8+T 细胞和巨噬细胞均符合连续激活模式。PD1/PDL-1 通
20、路的免疫检查点阻断可以使耗尽的 CD8+T 细胞恢复活力。这意味着如果 T 细胞衰竭可以更早被逆转,将更有利于疾病的控制。EC 是由子宫内膜上皮细胞发展而成,子宫内膜的上皮细胞由分泌细胞和纤毛细胞组成。Fu DJ 等29对成年小鼠的子宫内膜上皮细胞进行 scRNA-seq,发现表达转录因子 PAX8 的上皮细胞负责管腔上皮细胞和腺上皮细胞的长期稳定再生,若表达转录因子 PAX8 的上皮细胞中肿瘤抑制基因 Trp53 和 RB1失活,将导致具有浆液性 EC 特征的肿瘤细胞形成。另外,Cochrane DR 等30研究来自正常子宫内膜上皮组织的类器官,鉴定了分泌细胞和纤毛细胞中差异表达的蛋白质,发
21、现 EC 中纤毛细胞标记物(DY原DC2、CTH、FOXJ1 和 P73)和 分 泌 细 胞 标 记 物(MPST)的高表达与 EC 患者更好的疾病特异性和总生存率相关,且较高表达水平的 MPST 可以用来细化 EC 的 ProMiSE 分子分类中除高拷贝数变异亚组的其他亚组的风险分层。4单细胞测序与OCOC 死亡率居妇科恶性肿瘤之首,以上皮性卵巢癌中的浆液性 OC 最为常见31,进一步可分为高级别浆液性 OC(high-grade serous ovarian cancer,HGSOC)和低级别浆液性 OC(low-grade serous o原varian cancer,LGSOC),HG
22、SOC 是预后最差和死亡率最高的 OC 组织类型。早有研究表明32,33,导致 OC治疗失败和预后不良的主要原因是肿瘤的异质性。另一项研究对 6 个独立肿瘤组织进行 scRNA-seq数据也显示了 HGSOC 具有广泛的异质性34。肿瘤的异质性使得有效识别治疗靶点存在很大的挑战性。为确定 HGSOC 的异质性水平,研究者33,35分析了来自原发性、转移性及晚期 HGSOC 样本细胞转录组谱,结果显示抑制 HGSOC 中 JUN 信号通路和 JAK/STAT 信号通路可能具有强大的抗肿瘤活性,JUN 和JAK/STAT 信号通路可能成为 OC 的潜在治疗靶点。Olbrecht S 等36通过 s
23、cRNA-seq 分析也为高级别浆液性输卵管-卵巢癌的治疗提供了 43 个新的潜在靶点。这些 OC 中异质性特征的发现有助于更好地理解 OC 发生、转移和耐药性的发生机制。OC 主要治疗方法是手术和化疗相结合,由于其高复发率和耐药性,OC 的 5 年生存率约为 47%22。了解肿瘤微环境的细胞组成和细胞间的相互作用对于发展成功的癌症免疫治疗至关重要。Olalekan S等37对 6 例 OC 的大网膜组织中分离出的细胞进行了 scRNA-seq,发现高 T 细胞浸润组中有独特的巨噬细胞和 B 细胞亚群。Wan C 等38主导的一项对HGSOC 类器官/免疫细胞共培养物进行了免疫功能和单细胞 R
24、NA-序列转录谱分析,发现与单特异性抗体相比,双特异性抗 PD-1/PD-L1 抗体独特地诱导 NK 细胞从惰性表型转变为更活跃和细胞毒性更强的表型,另外还诱导了一个 CD8+T 细胞亚群从幼稚表型向更活跃和细胞毒性的祖细胞耗尽表型过渡,这些状态的变化是由双特异性抗体诱导的含溴结构域蛋白 BRD1 下调所驱动的。另有研究发现39,HGSOC 是由代谢和增殖(metabolism and prolifera原tion,MAP)、细胞防御反应(cell defense response,CDR)和 DNA 损伤修复(DNA damage repair,DDR)3种原型表型驱动的。在接受多种治疗的肿
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