Nature技術特寫：癌細胞的多樣性

　　腫瘤是由各種不同的細胞類群組成的，這往往會導致治療失敗，理解這種癌癥異質性將能改善化療的治療療效。

　　生物通報道：細胞具有不同的形狀和大小，有四四方方的上皮細胞，圓餅狀的紅細胞，細長絲狀的神經細胞，還有巨大的肉眼可見的人類卵細胞。即使是相同基本類型的細胞，也沒有兩個是完全一樣的，同樣癌變的腫瘤細胞中也是如此，這里充斥著各種不同大小和形狀的細胞，這對患者癌癥的發展具有重要的影響。因此，研究人員希望能掌握細胞異質性的奧秘。

　　最新一期(7月25日)Nature雜志就以“Cancer biology: Cancer shows strength through diversity”為題，介紹了一些研究新成果，指出利用一些工具和技術，可以深入了解這種細胞異質性，從而增加癌癥化療的治療療效。

　　單細胞測序

　　來自美國德州大學MD安德森癌癥中心的分子遺傳學家Nicholas Navin與其合作者開發了一種單核測序(single-nucleus sequencing)技術，能用于繪制腫瘤圖譜。研究人員利用這一技術追查了癌癥的進化，追蹤了癌癥隨時間和擴散越來越普遍時不同的細胞亞群。

　　Navin表示，“當前的方法是整體分析腫瘤，由此報告來自細胞群的平均信號。其缺點在于它可能掩蓋了最豐富的、也是最惡性的腫瘤細胞亞群。”

　　而他們開發的方法能隨機抽取單個細胞遺傳信息，“我們想在人類腫瘤中描繪出克隆的多樣性，了解這一參數在評估侵襲、轉移、存活和對化療的反應中是否具有預測價值。利用單細胞測序我們能夠在腫瘤中重建這些細胞系，并了解突變的年表。”

　　為了完成這種單細胞分析，Navin實驗室利用了一套系統，包括流式細胞分選單細胞或細胞核、激光捕獲顯微切割、全基因組擴增和新一代測序。其中用于分離單腫瘤細胞的是一種稱為DEPArray的儀器，由意大利Silicon Biosystems公司開發。這種儀器可以從十萬個細胞的化合物中分離，移動和成像一個癌細胞。

　　DEPArray的另外一個特點就是能保持細胞活性的情況下分離細胞，這樣獲得的細胞可以繼續培養或者應用表達譜、測序、拷貝數變異等分析。 DEPArray中的顯微攝像系統可以檢測多重熒光標記，并結合形態學分類，根據需要收集細胞，采用的是無物理接觸、無形的電阱將指定細胞籠罩并沿特定軌跡移動至收集池。

　　此外這一實驗室還采用了美國Fluidigm公司的一款能用于捕獲單細胞的平臺：C1?單細胞全自動制備系統，這一系統能快速分離單個細胞并進行基因組分析，一次完成96個單細胞自動分離。

　　不過據該公司研究人員Ken Livak介紹，這一系統與DEPArray不同，無法進行成像，因此適用于分離排序后的細胞。

　　改變細胞形狀

　　來自英國癌癥研究院的癌癥生物學家Chris Bakal一直致力于研究癌細胞形狀多樣性模式，他與他的同事聚焦于轉移性黑色素瘤細胞，這是一種由于其形狀多變而臭名昭著的細胞，利用形態的變化，這些細胞能轉移到機體的遠端。

　　這一研究組主要采用的方法是轉盤式共聚焦顯微技術( spinning disk confocal microscopy, SDCM)進行成像分析，利用這種方法，研究人員能獲得比傳統共聚焦顯微鏡更高靈敏度的分析數據。

　　近期這一研究組發表了一篇文章，證明控制細胞形狀的一些基因發生改變可能是皮膚癌病程中的一個關鍵步驟。研究人員利用自動化的高通量篩查以及復雜的計算模擬，對數以千萬計的基因工程細胞進行了篩查和分析，確定了十幾個影響細胞形狀的基因。

　　細胞必須變成圓形，才能通過血流或侵入如腦等軟組織，而呈現細長形狀是為了通過如骨骼這樣的較硬的組織，但是對于這些形狀變化調控，科學家們了解的并不多。在這篇文章中，Bakal等人就開發了一種方法，鑒別和分析了果蠅細胞的形狀，隨后在哺乳動物細胞中驗證和擴展了這些研究發現，鑒別出7種基因導致細胞呈現出一種特別圓的形狀，或是細長的形狀。

　　其中的一個基因PTEN具有特別強的影響。當PTEN關閉時，幾乎所有的細胞都變得細長或大而圓，兩種形狀都可以幫助癌細胞逃脫限制，穿行于血管，浸潤到健康組織。盡管過去科學家們就知道PTEN是一種腫瘤抑制子，但這一新研究揭示了它的新作用。