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惡性腫瘤細胞的耐藥是癌症無法被徹底治癒的根本原因，一小部分殘存腫瘤細胞由於具備逃脫藥物和免疫系統殺傷的潛能而成為癌症難治/復發的根源，這一小部分殘留的惡性腫瘤細胞即為微小殘留病（Minimal Residual Disease, MRD）。MRD的研究始於血液系統惡性腫瘤，是血液系統惡性腫瘤治療監測和預後評價的重要指標。近年來隨著二代測序技術的發展，包括迴圈腫瘤細胞和迴圈腫瘤DNA監測在內的MRD檢測手段也被廣泛用於實體腫瘤的MRD評價【1-5】。然而，由於研究技術手段發展滯後等原因，MRD的發生機制目前尚不清楚。
2022年2月10日，中國醫學科學院血液病醫院（中國醫學科學院血液學研究所）竺曉凡、程濤團隊和清華大學古槿團隊聯合在Nature Cell Biology期刊線上發表題為Elucidating Minimal Residual Disease of Paediatric B-cell Acute Lymphoblastic Leukaemia by Single-cell Analysis 的研究論文。此研究以兒童B細胞急性淋巴細胞白血病（B-cell acute lymphoblastic leukemia, B-ALL）這一兒童最常見的血液系統惡性腫瘤為研究物件，在國際上首次利用單細胞測序技術繪製了兒童B-ALL MRD的單細胞圖譜，發現低氧訊號通路異常啟用是兒童B-ALL MRD細胞的重要特徵，低氧訊號通路是兒童復發難治B-ALL治療的潛在治療靶點。
透過結合單細胞轉錄組測序和單細胞BCR測序技術，作者首先利用健康兒童供者來源的骨髓單個核細胞繪製了兒童B細胞發育的參考單細胞圖譜。透過定義從造血幹細胞到成熟B細胞不同發育階段的細胞，識別不同發育階段細胞的關鍵基因，建立了針對不同發育階段細胞的特異性基因集，為探索白血病細胞發病階段提供參考依據。
在兒童血液病診療中心入組參與的中國兒童癌症研究協作組多中心臨床研究ALL-2015方案（CCCG-ALL-2015）中，作者篩選出初診-誘導治療（第19天，D19）-復發完整留存的連續時間點的4例B-ALL患兒骨髓樣本，以4例未復發B-ALL患兒的初診骨髓樣本作為對照，分選CD19+細胞用於單細胞轉錄組和單細胞BCR測序。根據BCR克隆多樣性，作者初步識別了白血病細胞和正常B細胞，隨後利用患兒特徵性腫瘤分子標記進行分類驗證，證實了利用BCR克隆多樣性識別白血病細胞的可靠性。利用已確認的白血病細胞和正常細胞建立了識別白血病細胞的機器學習模型。
利用B細胞分化階段的特徵性基因集和白血病細胞機器學習模型，作者首先在單細胞水平比較了初診和復發細胞在分化階段，細胞週期，轉錄調控，關鍵基因表達等方面的差異，發現與初診細胞相比，復發細胞存在逆分化現象，MYC等訊號通路啟用，細胞週期調控蛋白P21（CDKN1A）在復發細胞中顯著高表達，體外實驗驗證表明敲降CDKN1A後會增加B-ALL細胞系化療藥物的敏感性，此外P21小分子抑制劑能夠協同化療藥物有效殺傷B-ALL細胞。
透過比較初診，D19和復發三個階段白血病細胞的單細胞轉錄組資料，作者發現殘留白血病細胞所處分化階段並沒有顯著特徵，但細胞週期更多處於靜息狀態，低氧訊號通路顯著啟用。四例病人中三例病人的D19殘留細胞表現低氧訊號通路啟用。之後作者利用體內外實驗模型證實化療藥物處理後低氧訊號通路的關鍵調控蛋白HIF1α表達升高，下游訊號通路啟用。針對HIF1α的小分子抑制劑PX478能夠在體內外協同化療藥物有效殺傷B-ALL細胞系和原代B-ALL細胞，進而顯著延長B-ALL PDX小鼠生存時間。
此項研究利用單細胞測序技術，結合獨特的臨床樣本對MRD開展了深入研究，在國內外MRD研究領域中尚屬首次。研究發現低氧訊號通路在兒童B-ALL殘留細胞樣本中異常啟用，在體內外實驗模型中予以驗證，明確針對低氧訊號通路關鍵分子HIF1α的小分子抑制劑能夠有效協同化療藥物治療B-ALL，為兒童B-ALL提供了極具潛在轉化應用價值的治療方案，為在其他血液系統惡性腫瘤和實體腫瘤中開展MRD研究提供重要參考範例。
中國醫學科學院血液病醫院（中國醫學科學院血液學研究所）程濤教授、竺曉凡教授和清華大學古槿副教授是本文的通訊作者。中國醫學科學院血液病醫院（中國醫學科學院血液學研究所）副研究員張英馳、清華大學碩士研究生王事成（已畢業）、中國醫學科學院血液病醫院（中國醫學科學院血液學研究所）主治醫師章婧嫽、博士研究生劉超（已畢業）和清華大學博士研究生李欣琪為本文的共同第一作者。
原文連結：
https://www.nature.com/articles/s41556-021-00814-7
製版人：十一
參考文獻
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