由基因组不稳定性引起的拷贝数改变 (CNA) 是肿瘤内异质性的主要来源。CNA 如何在肝细胞癌 (HCC) 中进化仍然未知。
2021年9月1日，北京大学张宁及Xue Ruidong（天津医科大学为第一单位）共同通讯在Gastroenterology（IF=22.68）在线发表题为“Single cell DNA sequencing reveals punctuated and gradual clonal evolution in hepatocellular carcinoma”的研究论文，该研究对从 10 名 HCC 患者中分离的 1275 个细胞进行了单细胞 DNA 测序 (scDNA-seq)，对另外 1 名患者的 356 个细胞进行了倍性解析 scDNA-seq，并对另外 3 名患者的 27344 个细胞进行了单细胞 RNA 测序 (scRNA-seq)。
该研究发现肿瘤中的细胞分为三个亚群：整倍体、假整倍体和非整倍体。scDNA-seq 分析表明，CNA 积累遵循双阶段拷贝数进化 (DPCNE) 模型，即一个间断阶段，然后是一个渐进阶段。展现出延长的渐进期的患者表现出更高的肿瘤内异质性和更差的无病生存期。整合 17 名 HCC 患者的大量 RNA-seq、已发表的 1196 例肝脏肿瘤数据集和 202 例 HCC 肿瘤的免疫组织化学染色，该研究发现 CAD（一种参与嘧啶合成的基因）的高表达与快速肿瘤发生和降低的存活率相关。此外，倍性解析的 scDNA-seq 揭示了二倍体和多倍体非整倍体细胞的共同克隆起源，表明多倍体肿瘤细胞是由二倍体肿瘤细胞的全基因组加倍产生的。
总之，该研究工作揭示了一种新的 DPCNE 模型，表明渐进期较长的 HCC 更严重，将 CAD 确定为 HCC 早期复发的有希望的生物标志物，并支持多倍体 HCC 的二倍体起源。
肝细胞癌 (HCC) 约占原发性肝癌 (PLC) 的 80%，是全球癌症相关死亡的第三大原因。目前的靶向疗法和免疫疗法仅在 HCC 中显示出有限的疗效和反应率， 部分由于广泛的肿瘤异质性。对 HCC 的肿瘤内异质性 (ITH) 进行了表征，突出了准确诊断和有效治疗的分子障碍。然而，大多数研究分析了大块肿瘤，这仅反映了平均水平不同亚克隆的概况。在单细胞分辨率下 HCC 肿瘤细胞的异质性景观仍然很大程度上未知。由基因组不稳定性引起的拷贝数改变 (CNA) 是 ITH 的主要来源。事实上，最近的一项泛癌分析表明，CNA 是转录组 ITH 的主要驱动因素。单细胞 DNA 测序 (scDNA-seq)可以准确地确定 CNA，从而使其成为剖析复杂肿瘤亚克隆结构的有力工具。 以前的 HCC scDNA-seq 研究仅分析了总共 100 个肿瘤细胞。尽管单细胞 RNA 测序 (scRNA-seq) HCC 的研究揭示了跨 40,000 个细胞的转录组 ITH，这些研究缺乏基因组分辨率。仍然需要对 HCC 肿瘤进行全面的 scDNA-seq 研究。
文章结果总结（图源自Gastroenterology ）
肿瘤进展是循序渐进还是间断进化引起了激烈争论。渐进进化意味着肿瘤细胞逐渐积累遗传畸变，不断适应选择压力，并依次转变为更恶性的状态。相比之下，间断进化模型意味着：基因改变是在基因组危机的短暂爆发中获得的，然后是稳定的克隆扩增。对来自三阴性乳腺癌 (TNBC) 的 1000 个细胞进行了 scDNA-seq 并揭示了这些肿瘤中有限的 ITH，提出了间断拷贝数进化 (PCNE)，并表明 CNA 是在短暂的基因组危机爆发中获得的，随后稳定的克隆扩增。然而，之前对肝脏肿瘤和循环肿瘤细胞的 scDNA-seq 分析显示出广泛的 CNA 异质性，这与 PCNE 模型不符。在这里，该研究报告了来自 11 个 HCC 病例的总共 1631 个细胞的 scDNA-seq 和来自另外 3 个 HCC 病例的 27344 个细胞的 scRNA-seq。该研究提出了一种 HCC 双相拷贝数进化 (DPCNE) 的新模型，该模型也适用于其他癌症类型。基于该模型，该研究进一步鉴定了 CAD，一种参与嘧啶合成的新型候选基因，与延长的渐进期、快速的肿瘤发生和降低的存活率相关。 该研究研究提出了一种了解 HCC 形成、检测和严重程度的独特方法，为 HCC 提供了重要的生物学和临床意义，并总体上揭示了肿瘤进化的新思路。https://www.gastrojournal.org/article/S0016-5085(21)03471-5/fulltext#%20
