Science Advances华西医院作者分享研究干货｜单细胞测序首次绘制甲状腺癌亚型PTC和ATC的单细胞转录图谱

吉凯基因

2021.11.03

甲状腺癌是一种最为常见的内分泌恶性肿瘤。甲状腺未分化癌（anaplastic thyroid cancer，ATC）虽然只占全部甲状腺癌的2-3%，但其分化水平最低，恶性程度极高，患者的中位生存时间仅有5-8个月，多数患者确诊时已经失去了手术机会。在临床上，ATC是起源于正常的滤泡上皮细胞还是恶性程度较低的甲状腺乳头状癌（papillary thyroid cancer, PTC）一直存在争议。

2021年8月，四川大学华西医院甲状腺外科罗晗副教授与生物治疗国家重点实验室许恒研究员合作在Science Advances上发表了一篇题为Characterizing dedifferentiation of thyroid cancer by integrated analysis的研究性文章，该论文通过整合单细胞转录组数据，DNA外显子信息和公共数据库信息（ENCODE、TCGA等）研究ATC的起源问题，提示ATC可能是由特殊的PTC细胞亚群进化而来。特别是转录因子CREB3L1可通过激活EMT和MTORC1等信号通路促进PTC去分化成为ATC。

研究方法及思路

首先，作者首次绘制了甲状腺癌亚型PTC和ATC的单细胞转录图谱（图1），其中包含多个肿细胞亚群，表明其存在肿瘤异质性。对肿瘤微环境分析发现，ATC比PTC有更多的FAP阳性成纤维细胞和M2型巨噬细胞，导致ATC有更强的免疫抑制作用。功能缺失的淋巴细胞只存在于PTC和ATC组织中，而调节性T细胞和抑制性髓样细胞只在ATC中存在，表明更强的免疫抑制状态可能与ATC有更恶性的临床特征相关。此外，ATC可通过重要通路的配受体直接相互作用导致了肿瘤细胞对免疫细胞的抑制。

图1.甲状腺癌的单细胞特征

作者纳入甲状腺细胞进行拟时序分析，发现滤泡上皮细胞可通过不同的路径分别进展为PTC和ATC肿瘤细胞。作者发现，ATC组织来源的PTC细胞位于ATC的进化轨迹上，表明ATC可能是由少部分PTC细胞进展而来。对ATC进化过程中表达量逐渐升高的基因集做富集分析后发现，肿瘤去分化和转移相关的信号通路（如EMT和MTORC1通路）被特异激活。

同时，作者利用全外显子组测序对肿瘤细胞的拷贝数变异（copy number alteration, CNA）进行分析，发现ATC细胞有更高的CNA负荷，且3个ATC样本均在11号染色体的41.1M-47.9M的区域内检测到大片段的拷贝数扩增。单细胞转录组数据显示，该区域内的基因在ATC细胞中特异高表达，并在ATC的进化轨迹上表达量逐渐富集，提示CNA的累积可能是ATC肿瘤进化的必要条件。

为了进一步明确ATC进化的分子机制，作者结合SCENIC分析，发现位于11号染色体大片段扩增区域的转录因子CREB3L1在ATC中特异激活。染色质免疫共沉淀数据表明，CREB3L1与靶向基因的结合位点主要集中在基因启动子区域，其靶向基因包括了EMT和MTORC1信号通路中重要的分子，这些分子也在ATC中出现了富集，表明转录因子CREB3L1可能参与和驱动了ATC的去分化过程。

另外，CREB3L1在短期内复发的PTC患者中存在显著上调，这个记录得到了公共数据库TCGA的证实。在TCGA收录的PTC患者中，CREB3L1高表达的肿瘤也出现了EMT和MTORC1信号的富集，特别是这些PTC患者有显著更差的生存率。这些证据均提示CREB3L1可作为预测PTC复发风险的标记物（图2）。

图2.CREB3L1在甲状腺癌进展中的参与与功能状态

综上，该研究通过整合分析探究了甲状腺癌的去分化过程和关键驱动因素。为甲状腺癌去分化的精准诊断、分层和进一步有效治疗提供了理论依据和潜在生物标记物，有利于提升患者的生存质量并降低患者疾病相关死亡率。

作者简介

四川大学华西医院生物治疗国家重点实验室研究员许恒是论文最后通讯作者，四川大学华西医院甲状腺外科罗晗副教授是该论文第一作者。

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