华大基因单细胞测序成果登Cell研究新亮点，引领癌症研究新时代
2012-03-02 00:00:00.0
——华大基因两篇Cell文章同期发表
2012年3月2日，深圳华大基因研究院在肿瘤研究上获得突破性进展，于国际著名学术期刊《细胞》（Cell）上同时发表两篇研究论文。该团队研发了一种解析单细胞基因组的新方法，并将该方法应用于原发性血小板增多症（一种血癌）和肾透明细胞癌（一种肾癌）的肿瘤内部遗传特征研究。此新方法解决了之前在用组织样本测序时无法解决的肿瘤高异质性难题，为从单核苷酸水平深入研究癌症发生、发展机制及其诊断、治疗提供了新的研究思路并开辟了新的研究方向。此外，这一新方法还可被广泛用于其他重要的生物研究领域，如组织器官内细胞基因组的异质性研究、干细胞的异质性研究、生殖细胞的遗传重组研究、胚胎的植入前遗传学诊断研究等。目前，高通量测序技术已经被广泛应用于各种生物学研究中，然而，由于多细胞组织中广泛存在的细胞异质性，使得研究人员难以通过组织样品测序来揭示一些复杂的生物现象，如在肿瘤演化研究中，肿瘤组织的异质性使得研究人员难以分析肿瘤内细胞的遗传结构并识别在肿瘤演化中的重要变化，除非进行额外的细胞分选实验，否则研究人员很难鉴定出癌症发展中具有重要影响的遗传突变。2011年，来自冷泉港实验室的研究人员运用一种单细胞测序，通过基于拷贝数变异（CNV）的数据结果分析了乳腺癌的癌细胞种群结构，指出肿瘤的进化可能是间断性的（Navin et al., 2011, Nature），挑战了传统的肿瘤渐进式演化模型。这一发现成为了癌症研究中的一次重大突破，但是此方法的局限是不能从单个核苷酸水平了解单个癌细胞的遗传特性。
为了攻克这个难题，来自深圳华大基因研究院的研究人员建立了一种基于多重置换扩增（MDA）的单细胞测序新方法，并对该方法的扩增均一性、灵敏度、特异性等方面进行了全面评估。华大基因该项目负责人宋卢挺说：“这种将多重置换扩增（MDA）和测序技术相结合的单细胞测序方法不仅具有更高的分辨率和基因组覆盖度，而且具有更好的敏感性和特异性。该方法从单核苷酸水平上为各种复杂疾病和生物学过程的研究开辟了新思路。”
为了探究肿瘤的演化及遗传特性，研究人员对取自一例典型的JAK2阴性ET病人的90个单细胞进行了全外显子测序，通过诸多分析，研究人员揭示了此ET在肿瘤发生中遵循单克隆演化模型，并鉴定了一些与ET的发生、发展相关的突变基因。
在第二篇文章中，为了更好地解析肾癌内部的遗传变异情况，研究人员运用此新方法对一例肾癌进行了研究。他们发现此例肾癌并非由常见的两个突变基因VHL和PBRM1导致，这说明在病人群体中所鉴定的频发突变（recurrent mutation）可能与肿瘤个体无关，同时也强调了在癌症分析和诊断过程中进行个性化治疗的重要性。通过遗传学定量分析，研究人员发现在此肾癌中不存在明显的克隆（细胞）亚群，而且在肿瘤细胞群体内不同细胞突变频率的突变之间也存在差异明显的碱基突变谱，研究人员推测这可能与肿瘤演化过程中的选择紧密相关。此外，研究人员还发现了一些与此肾癌发生相关的重要功能基因。
深圳华大基因研究院副院长徐讯说：“我们对所有数据进行分析后，发现此肾癌内的遗传结构比我们之前预想的要复杂得多。单细胞测序为实体肿瘤研究开拓了一个新的研究视角，并对促进开发更有效的细胞靶向治疗方法具有十分重要的意义。同时，我们的研究也为其他研究人员利用单细胞测序研究肿瘤提供了一个很好的参照。”
深圳华大基因研究院副院长李英睿指出：“我们的两项研究表明，单细胞测序新方法为遗传异质性肿瘤的高精度、全面评估提供了一个非常优秀的研究工具。这种新方法和产生的数据为鉴定与肿瘤发展相关的候选基因提供了科学依据，也必将会推动癌症的遗传机理和生物学过程更深入的研究。”
华大基因执行院长王俊指出：“此单细胞测序技术使基因组学研究提升到了一个全新的层次和高度，使科学家们可以真正从生命活动的最基本单位——细胞这个层次去研究生物的生长、发育、生殖、遗传、变异等过程。”