《自然》：颠覆认知！科学家发现，遗传背景相同的癌细胞发生耐药竟与遗传变异和外界环境无关，取决于用药前的内在转录差异

*仅供医学专业人士阅读参考

癌细胞，属实狡猾。

就算再厉害的治疗方法，不能一鼓作气剿灭癌细胞，癌细胞就可能产生耐药，然后卷土重来。

但癌细胞也非常“不团结”。

即使是基因完全相同的癌细胞，也只有其中的一小部分能够获得耐药这项技能，逃脱生天。此前我们认为，这种耐药性的获得差异是来自增殖过程中出现的罕见突变，但事实可能并非如此。

本周，《自然》杂志发表了来自西北大学和宾夕法尼亚大学科学团队的成果，研究者们开发了一种结合细胞条码和单细胞测序的细胞二维码（FateMap）技术，揭示癌细胞的命运。研究发现，单个癌细胞产生的耐药克隆可以具有完全不同的分子特征、形态和功能，而这些差异基本取决于用药之前细胞内在的差异，不由遗传变异决定，跟环境因素也几乎无关。

论文题图

研究者们以BRAF^V600E突变黑色素瘤细胞为目标展开了研究。在vemurafenib治疗下，单细胞来源的癌细胞们不足1/1000存活，产生了耐药克隆。

对其进行单细胞测序，这些耐药克隆展现出了丰富的表达多样性，部分克隆出现了典型的耐药标记AXL和SERPINE1，也有亚群存在独特的标记基因。

由此可见，即使单细胞来源的癌细胞，也能够在靶向治疗后出现多种不同的耐药细胞类型。而且奇怪的是，研究者们对原始细胞和耐药克隆进行了全基因组测序（WGS），却没有发现任何相关的耐药驱动突变。

为了更详细地确定每个癌细胞的转录谱和克隆来源，研究者们开发了FateMap，结合了细胞条码和单细胞RNA测序，货真价实的是细胞的二维码了。

有趣的是，经过FateMap分析，发现差异主要存在于克隆之间，这一定程度上意味着耐药克隆在转录上是稳定的。

与转录表达相对应的，这些耐药克隆也表现出完全不同的表型特性。它们在增殖能力、细胞形态、侵袭能力上都有显著差异。

不同耐药克隆在细胞形态（上）和侵袭能力（下）有显著差异

研究者还测试了其他癌细胞系，发现同样存在单细胞来源的多样耐药特征，但在癌种之间异质性程度略有差异。

同样的实验也在患者来源的组织中进行。研究者获得了4例患者靶向治疗后耐药的肿瘤组织样本，其中2例还有匹配的治疗前样本。

研究者发现，在耐药肿瘤组织中，关键耐药标记表达存在广泛差异，说明同一肿瘤的不同区域有可能含有不同比例的耐药细胞类型；靶向治疗后不同区域的免疫浸润水平也存在显著差异。这说明在患者样本中，也存在丰富的耐药类型。

耐药类型到底由什么决定？研究者们决定开展一次“双胞胎”分析。简而言之，将同一条码的细胞群分为两个群体，分别给药vemurafenib并操作FateMap，然后对比两组耐药克隆细胞条码。

双胞胎分析

结果显示，两组的条码重叠非常高，这说明耐药克隆的产生基本是癌细胞的内在特性。对不同邻近位置克隆进行分析，这些配对克隆的转录组和表型类型相似度也非常高，说明这些特性也高度取决于药物暴露前细胞的内在分子状态，细胞环境因素的影响很小或者几乎没有。

“双胞胎”相似度非常高

不同的药物剂量对癌细胞命运也有影响。

研究者分别使用100nM和标准计量1μM vemurafenib进行实验，低剂量组产生的耐药克隆数是高剂量组的2.5倍。低剂量组中，耐药肿瘤的生长相对较快。

研究者给出了3个猜测：①低剂量组在高剂量组基础上产生了新的耐药克隆；②低剂量组的耐药克隆完全不同；③低剂量组产生的耐药克隆与高剂量组一致，但它们有额外的分裂。

使用FateMap进行分析发现，第一个猜测是正确的，在低剂量条件下，产生了额外的新耐药克隆。

这个结果对节拍给药提出了挑战。研究者用FateMap分析了连续和不连续给药方案中耐药克隆的数量和类型，发现在连续给药时形成的特定的耐药克隆，在不连续给药时能够生长到更大的大小。

另外，不同的靶向药物对耐药类型的影响也是不同的。实验中，曲美替尼和vemurafenib处理产生的耐药克隆存在显著差异。

目前，我们还不清楚耐药细胞类型具体是如何确定的，或许它们有固有的调控程度，可导向特定的耐药类型，又或许只是在压力下的自然选择。更深层次的分子研究将为我们揭示其中的奥秘。

#朋友们，为了不错过奇点糕推送的重要研究进展，一定记得给我们加星标