近日，一篇發(fā)表在國際雜志Cell Reports上題為“Single-cell resolved imaging reveals intra-tumor heterogeneity in glycolysis， transitions between metabolic states， and their regulatory mechanisms”的研究報(bào)告中，來自Francis Crick研究所等機(jī)構(gòu)的科學(xué)家們通過研究指出，單細(xì)胞成像技術(shù)或有望幫助分析腫瘤微環(huán)境的代謝狀態(tài)。

很多大型制藥公司都在爭分奪秒地推出針對SARS-CoV-2的疫苗，其所采用的方法是改造現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)性mRNA基因療法來攜帶新型的有效載荷；盡管這些癌癥疫苗最初所編碼的是單一RNA分子新抗原連環(huán)體，其能最優(yōu)地呈現(xiàn)在特定的HLA受體上，從而增強(qiáng)CD8+ T細(xì)胞的抗腫瘤反應(yīng)。但如今它們能夠提供優(yōu)化版本的刺突蛋白受體結(jié)合域，從而激發(fā)保護(hù)性中和性抗體的產(chǎn)生。

但事情似乎并沒有到此結(jié)束，這些制藥公司仍然在不斷努力研究來重新定向簡化的藥物發(fā)現(xiàn)管道來篩選能阻斷SARS感染、病毒生命周期或炎癥后遺癥的小型分子抑制劑；隨著疫苗戰(zhàn)役的勝利者和治療挑戰(zhàn)開始出現(xiàn)，如今一個(gè)充滿靈感的行業(yè)正在以新的活力和目的重新點(diǎn)燃了研究人員抵御癌癥的戰(zhàn)斗。

圖片來源： H. Kondo et. al. Cell Reports Feb. 16, 2021

這項(xiàng)研究中，研究人員報(bào)道了一種新技術(shù)，其能幫助在癌癥的整個(gè)生命周期中同時(shí)評估單細(xì)胞中的蛋白生物標(biāo)志物和遺傳缺陷成為可能；盡管這類信息對于在異質(zhì)性腫瘤內(nèi)出現(xiàn)新型的耐藥克隆時(shí)調(diào)整療法至關(guān)重要，但或許還會有更多的故事；細(xì)胞的基因圖譜揭示了其能夠干什么，即其可能會使用什么基質(zhì)，以及其絕對需要哪些基質(zhì)；但關(guān)于細(xì)胞在任何特定的時(shí)間到底在做什么，研究人員或許并不知情；話句話說，這揭示了細(xì)胞代謝這些基質(zhì)/底物的速度，在最上層，這或許是通過糖酵解、有氧糖酵解或線粒體氧化磷酸化等過程。

諸如正電子發(fā)射斷層掃描(18F-FDG PET)、計(jì)算機(jī)斷層掃描和超極化磁共振成像（MRI）等成像技術(shù)一直是區(qū)分腫瘤代謝狀態(tài)的寶貴工具，但這些工具缺乏足夠的分辨率來研究細(xì)胞水平的異質(zhì)性，為此研究人員就需要進(jìn)行細(xì)胞培養(yǎng)和體內(nèi)模型的開發(fā)，同時(shí)還需要在這些模型中對單獨(dú)標(biāo)記的細(xì)胞進(jìn)行成像研究；這項(xiàng)研究中，研究人員就開發(fā)出了一種新型技術(shù)來進(jìn)行此類研究。

腫瘤中的糖酵解過程經(jīng)常會被上調(diào)，從而就會導(dǎo)致細(xì)胞增殖所需的代謝中間物的生物合成增加，細(xì)胞能通過上調(diào)磷脂酰肌醇3-激酶（PI3K）信號來實(shí)現(xiàn)這一目的，要么通過獲得活性突變、失活負(fù)向調(diào)節(jié)磷酸酶PTEN中的突變；或增加受體酪氨酸激酶信號。PI3K信號轉(zhuǎn)導(dǎo)能部分通過AKT（蛋白激酶B）來增強(qiáng)糖酵解的通量，以及通過其它介質(zhì)最終來控制肌動蛋白的骨架和局部膜動態(tài)特性。在雌激素受體陽性的腫瘤中（ER+），多種PI3K抑制劑目前已經(jīng)作為療法被批準(zhǔn)使用，當(dāng)然其對于抵抗力更強(qiáng)的三陰性腫瘤亞型而言，科學(xué)家們還在進(jìn)一步探索其有效的治療手段。

文章中，研究人員利用葡萄糖熒光共振能量轉(zhuǎn)移成像技術(shù)（FRET）、代謝組學(xué)、活性氧物種檢測以及線粒體膜電位熒光成像（攜帶TMRE標(biāo)簽）的組合性手段，在單細(xì)胞水平上定義了腫瘤異質(zhì)性特征；隨后研究人員還利用流式細(xì)胞儀分離出了高和低葡萄糖濃度的細(xì)胞進(jìn)行培養(yǎng)，從而進(jìn)行更為具體的分析。MCF-7乳腺癌細(xì)胞能在不同種類的培養(yǎng)液中培養(yǎng)，從而就能反映出不同的腫瘤環(huán)境，隨后研究者將培養(yǎng)液植入到小鼠的乳腺脂肪墊組織中；將腫瘤細(xì)胞系植入回機(jī)體和原始組織（正位模型）中就能保留正常的免疫-腫瘤相互作用。

此外，患者機(jī)體衍生的異種移植物（PDXs）也能被植入到免疫抑制的小鼠模型機(jī)體中，從而來在規(guī)定的環(huán)境中評估人類癌癥；從傳統(tǒng)角度來講，癌細(xì)胞能夠被植入到皮下來方便進(jìn)行小鼠研究，然而，這種腫瘤會過早潰爛，并迫使研究過早終止；而諸如subQperior等新型實(shí)驗(yàn)步驟（將細(xì)胞直接諸如到乳腺脂肪墊的基質(zhì)中）就能作為癌癥研究的重要模型。

研究人員發(fā)現(xiàn)，腫瘤組織中會夾雜著不同區(qū)域的高葡萄糖和低葡萄糖細(xì)胞，這些細(xì)胞的狀態(tài)能維持超過10個(gè)小時(shí)；事實(shí)證明，這些代謝狀態(tài)可以跨越有絲分裂而遺傳給子代細(xì)胞，甚至相鄰的細(xì)胞也可以完全不同。研究人員推測，代謝狀態(tài)的遺傳基礎(chǔ)或許就是表觀遺傳學(xué)調(diào)控；而通過檢測多種抑制劑，他們發(fā)現(xiàn)，盡管PI3K的抑制能夠“擊倒”很多細(xì)胞，但當(dāng)特殊的溴區(qū)結(jié)構(gòu)域蛋白質(zhì)被同時(shí)抑制時(shí)就會得到更好的效果。溴原子含有110合個(gè)氨基酸基團(tuán)，其能識別組蛋白N端尾部的表觀乙?；揎?；當(dāng)溴原子鏈的賴氨酸乙酰化“讀者”失靈時(shí)，細(xì)胞就會對PI3K抑制劑產(chǎn)生耐受性；迄今為止，研究人員發(fā)現(xiàn)了至少43種溴原子蛋白，其中很多都是組蛋白乙?；D(zhuǎn)移酶。

研究人員觀察到，不同狀態(tài)下的癌細(xì)胞具有不同的易感性/脆弱性，高葡萄糖的細(xì)胞尤其對于胞外丙酮酸依賴，但在低葡萄糖癌細(xì)胞或基質(zhì)成纖維細(xì)胞存在時(shí)，這種脆弱性就會被掩蓋；丙酮酸脫氫酶的一個(gè)調(diào)節(jié)因子就是Akt激酶，這就提示或許還有其他方法來治療這些癌癥類型。將單細(xì)胞遺傳和蛋白標(biāo)記物多組學(xué)預(yù)測因子與單細(xì)胞代謝組學(xué)相結(jié)合，研究人員或許就能提出有效抵御任何癌癥的全面見解。（生物谷世聯(lián)博研Bioexcellence）

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