在最近的统计中，国际研究团队已经对近4000个体样本进行了单细胞测序，并计划在未来几年内对至少2.1万个基因组进行研究。这些基因组数据涵盖了50多种不同的癌症类型，涉及几乎所有人体器官。通过区分癌细胞和正常细胞的主要变化，研究人员希望为开发新的靶向治疗方法开辟新的途径。

然而，到目前为止，几乎所有的癌症基因组研究都基于包含多种不同细胞的大肿瘤样本。这种混合细胞群可能掩盖疾病的复杂性，而这种复杂性往往是耐药性和治疗敏感性的基础。

单细胞测序的突破

“研究癌细胞群的最佳方式是观察单个细胞中的变化，”纽约长岛冷泉港实验室（CSHL）的遗传学家Timour Baslan表示。Baslan在《自然实验手册》（Nature Protocols）上发表了一篇关于如何分析单细胞拷贝数变异的实验方案（Nat. Protoc. 7, 1024–1041, 2012）。

为了在单个癌细胞水平上研究癌症基因组，Life Technologies公司于2010年宣布，将向首个能够测序单个癌细胞完整基因组和RNA内容物的研究团队提供100万美元的奖金。目前，许多研究人员正在接近这一目标。

在冷泉港实验室的基因组生物学会议上，MD安德森癌症中心的遗传学家Nicholas Navin提交了单细胞分辨率遗传学的新数据。他此前对来自两例人类乳腺癌病例的100个单细胞进行了拷贝数变异检测，发现其中一种肿瘤包含三种不同的细胞亚群，而另一种则由遗传上相同的细胞群构成（Nature 472, 90–94, 2011）。

Navin改进了技术，使其能够检测到单个核苷酸的差异。他在一组来自浸润性乳腺癌肿瘤的4个细胞中发现，单个细胞通常包含数十个罕见突变，这些突变采用传统的大型肿瘤测序方法通常无法检测到。

“我希望这些新工具能够用于改善癌症的诊断和治疗，”Navin表示。他指出，这些工具可能非常有效地检测到驻留在体内数月或数年的残余癌细胞，并指导适当的辅助治疗或化疗方案。

技术进展与未来展望

冷泉港实验室的Baslan和其他研究人员对化疗前后12种乳腺癌肿瘤的100个细胞进行了拷贝数变异筛查。他们发现，某些肿瘤在治疗后获得了遗传物质，而另一些则显示出染色体重排的迹象。尽管大型测序也可以进行类似分析，但这种类型的评估在癌症研究中长期被忽视。

中国深圳华大基因组学中心的科学家们在2012年报告了一种方法，可以将单细胞DNA扩增300万倍，从而生成足够的原材料来解码整个基因组的蛋白质编码部分至单核苷酸水平（Cell 148, 873–885, 2012）。

此外，麻省剑桥博德研究所的新单细胞基因组学中心最近宣布成立，并获得了微流体技术公司Fluidigm Corporation的设备和人员支持。该中心计划聚焦于癌症干细胞和循环肿瘤细胞的研究。Fluidigm的总裁Gajus Worthington表示：“我们希望研究这些细胞能够促成一种新的活检方法，从一开始就确定肿瘤是否会扩散或产生耐药性。”

单细胞测序技术的不断进步为癌症研究带来了新的希望。这项技术不仅可以揭示肿瘤的遗传异质性，还可能为个性化治疗提供重要的指导。

（来源：生物通，作者：何嫱）