Cancer Discovery：新技术绘制实体组织中的癌前突变及其影响

由威尔康奈尔医学院和纽约基因组中心的研究人员领导的一项研究首次利用一种新的单细胞分析技术绘制了实体组织中癌前基因突变及其影响的图谱。

体细胞镶嵌（somatic mosaicism）现象在人类衰老过程中普遍存在。组织的批量细胞测序虽能捕获突变频率，但无法重建克隆结构，也无法阐明驱动突变如何影响细胞表型。

纽约基因组中心和威尔康奈尔医学院领导的研究团队近日利用一项新的单细胞分析技术，首次绘制出实体组织中的癌前基因突变及其影响。

这项研究成果发表在《Cancer Discovery》杂志上，展示了一种实用的方法，能够同时测量数千个细胞中的特定DNA突变和基因活性。这项技术有望用于分析癌前细胞，并最终指导癌症的早期检测和预防性治疗。

通讯作者、纽约基因组中心的Dan Landau教授表示：“这项技术为科学研究开辟了许多新途径，甚至让我们开始构思治疗策略。”

大量携带突变的细胞与正常细胞共存，且二者之间通常没有明显差异，被称为克隆性镶嵌（clonal mosaicism）。这种现象已被认为是人类衰老的常见特征，其成因是当细胞中发生DNA“驱动”突变时，该细胞及其后代便获得微弱但尚未癌变的生长或存活优势。

研究人员与Mission Bio公司合作开发出一种名为从基因型到表型的单细胞测序技术（scG2P），该技术可助力他们研究实体组织中的克隆性镶嵌现象——此前的研究主要集中在血细胞的镶嵌现象上。

实体组织样本的储存方式使得人们在获取突变和基因活性信息上更具挑战性。此外，若要准确了解实体组织的镶嵌现象，通常需要对大量细胞进行分析。

scG2P技术通过快速自动化的流程，高度灵敏地检测多个驱动基因的突变，同时分析每个细胞中关键生长基因和细胞状态基因的活性。它能够确定某些突变如何驱动细胞异常生长和存活。

研究人员利用scG2P技术分析了六名老年人的食管组织样本。他们发现，在采集的1万多个细胞中，超过一半携带克隆驱动突变，且大多数细胞的NOTCH1基因存在单个驱动突变。

NOTCH1基因通常负责调控食管内壁及体内其他上皮组织的细胞成熟、身份、分裂和存活。基因活性分析表明，这些NOTCH1驱动突变通过破坏正常细胞发育而诱导克隆过度增殖。

第一作者、纽约基因组中心的Dennis Yuan博士表示：“在NOTCH1突变克隆中，大量细胞停滞在发育不成熟的阶段，它们留在组织中并继续分裂，而正常的成熟细胞则会迁移到组织表面并脱落。”

样本中第二常见的驱动突变基因是TP53（编码p53蛋白），这是一种重要的抑癌基因，在多种癌症中失活。样本中的TP53突变克隆表现出成熟受损，且细胞分裂频率高于正常细胞。

这些结果印证了癌症生物学中的一个核心观点：单个突变通常不足以引发恶性肿瘤，癌症是由一系列突变引起的，而随着年龄的增长，突变越来越常见。

“我们能否针对衰老组织中的这些克隆来预防癌症？我们能否鉴定出哪些类型的驱动突变更容易诱发癌症？这些都是该领域研究者目前正在探讨的问题，” Landau博士谈道。