癌癥生物學(xué)家尚未了解導(dǎo)致橫紋肌肉瘤(RMS)發(fā)育停滯的機制和細(xì)胞層次結(jié)構(gòu) - 一組兒科癌癥，仍然是神秘的。

在《科學(xué)進展》的一份新報告中，Sara G. Danielli和美國，瑞士，法國，德國和西班牙的腫瘤學(xué)和兒童研究，干細(xì)胞生物學(xué)和兒童和青少年癌癥轉(zhuǎn)化研究系的國際跨學(xué)科科學(xué)家團隊結(jié)合了無數(shù)的生物學(xué)方法，以了解RMS腫瘤發(fā)生的病因和細(xì)胞基礎(chǔ)。

該團隊結(jié)合了單細(xì)胞RNA測序，質(zhì)譜細(xì)胞術(shù)和高內(nèi)涵成像方法，以了解患者來源的活檢的腫瘤內(nèi)多樣性。侵襲性肺泡亞型(aRMS)包含塑料肌肉干細(xì)胞樣細(xì)胞和腫瘤生長的前體，以及沒有增殖潛力的分化細(xì)胞亞群，可帶來更好的結(jié)果。

科學(xué)家們實施了化療，并觀察了該疾病的侵襲性肺泡版本的動力學(xué)。然后，他們篩選了候選藥物及其將疾病傳播到臨床上有利的亞群的能力，并確定了快速加速的纖維肉瘤(RAF)和絲裂原活化蛋白激酶(MEK)抑制劑的組合，以誘導(dǎo)肌肉分化并抑制腫瘤生長。這些結(jié)果為開發(fā)疾病背后的生物學(xué)狀態(tài)提供了見解，包括侵襲性，化學(xué)抗性和細(xì)胞生長，同時將Ras途徑確定為有希望的治療靶點。

橫紋肌肉瘤

兒童癌癥導(dǎo)致人類發(fā)育失調(diào)，是兒童和青少年疾病相關(guān)發(fā)病率和死亡率的主要原因。單細(xì)胞技術(shù)的最新進展可以幫助表征腫瘤內(nèi)多樣性，并闡明幾種癌癥類型的表型可塑性，以突出它們作為腫瘤發(fā)生的新興標(biāo)志的作用。

研究人員正在研究兒童疾病的發(fā)育層次結(jié)構(gòu)，以確定其起源并制定針對細(xì)胞成分的有效治療策略。橫紋肌肉瘤是一種常見的小兒軟組織肉瘤，以胚胎和肺泡 (aRMS) 亞型的形式發(fā)生，后者由于其潛在的遺傳基礎(chǔ)而更具侵襲性。

在目前的研究中，Danielli及其同事結(jié)合了scRNA測序，質(zhì)譜細(xì)胞術(shù)和高內(nèi)涵成像分析，以檢查癌細(xì)胞系和從患者來源的異種移植物中獲得的原代培養(yǎng)物的腫瘤內(nèi)異質(zhì)性。

然后，研究小組通過藥物化合物庫篩選肺泡橫紋肌肉瘤(aRMS)細(xì)胞命運的調(diào)節(jié)因子，包括RAS途徑抑制劑曲美替尼與達拉非尼或瑞戈非尼，以指導(dǎo)這些癌細(xì)胞分化。組合療法潛在地抑制了患者來源的異種移植物中腫瘤的生長，為臨床操縱RAS途徑以對抗患者的腫瘤發(fā)生提供了強有力的理由。

使用單細(xì)胞RNA測序鑒定不同的肌肉發(fā)育狀態(tài)

研究人員使用基于液滴的單細(xì)胞RNA測序，通過分析14種患者來源的異種移植物和三種常規(guī)肺泡橫紋肌肉瘤細(xì)胞系，與之前的研究進行比較，了解癌細(xì)胞的腫瘤內(nèi)多樣性。該團隊通過選擇源自不同致癌亞型的疾病模型來增加患者間的變異性，包括接受或未接受預(yù)治療的診斷和復(fù)發(fā)患者的原發(fā)性和轉(zhuǎn)移部位。

結(jié)果揭示了RMS腫瘤中含有肌源性細(xì)胞如何停滯在未成熟的轉(zhuǎn)錄狀態(tài)，最終形成少數(shù)分化細(xì)胞?？茖W(xué)家們通過用同位素偶聯(lián)抗體組合對原代細(xì)胞培養(yǎng)物進行染色以分離肌肉干細(xì)胞樣細(xì)胞，證實了蛋白質(zhì)水平上亞群的存在，他們使用單細(xì)胞RNA測序來識別肌生成的不同狀態(tài)。

接下來，他們通過飛行時間分析使用細(xì)胞術(shù)分析細(xì)胞，其中研究結(jié)果表明aRMS細(xì)胞亞群具有特定意義。單細(xì)胞蛋白分析結(jié)果與轉(zhuǎn)錄組學(xué)分析一致。

癌癥表型的作用機制和實驗室中的治療干預(yù)

研究小組證明了RMS癌癥表型的作用機制，該表型反映了發(fā)育，健康和再生骨骼肌干樣細(xì)胞的細(xì)胞命運決策。他們通過基于Slingshot和PHATE數(shù)據(jù)可視化工具的軌跡推理模型研究了這種關(guān)系，以設(shè)想高維生物數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)變。當(dāng)科學(xué)家將發(fā)育中的人類骨骼肌的單細(xì)胞RNA測序圖譜投射到致癌單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組時;腫瘤細(xì)胞主要定位在從胚胎階段過渡到胎兒階段的肌肉細(xì)胞上。

科學(xué)家們指出，aRMS亞型的主要驅(qū)動因素是PAX3：：FOX01融合基因;已知會抑制肌源性分化。為了研究這些基因，研究小組使用了兩種針對融合基因的敲低aRMS細(xì)胞系;這些治療措施導(dǎo)致融合基因水平降低，以突出細(xì)胞系的基因敲低能力，使其在肌肉干樣狀態(tài)下分化或停止，從而允許繼續(xù)靶向融合基因治療。似乎一些本質(zhì)上抵抗治療的細(xì)胞系經(jīng)歷了細(xì)胞軌跡重新布線。

藥物組合的鑒別治療

研究人員觀察了曲美替尼的作用機制，曲美替尼劫持了治療耐藥aRMS細(xì)胞系的細(xì)胞命運，并將這些細(xì)胞重定向到分化。在篩選的藥物部分中，曲美替尼，考比替尼和厄達非替尼誘導(dǎo)了強大的肌源分化。

由于單一療法在臨床試驗中仍有待成功，研究小組確定了更有效的組合藥物篩選，以證明曲美替尼誘導(dǎo)的RAS途徑抑制與RAF抑制相結(jié)合是aRMS的可行治療策略。

展望

通過這種方式，Sara G. Danielli及其同事開發(fā)了橫紋肌肉瘤(RMS)的綜合單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組和蛋白質(zhì)組學(xué)圖譜。該圖譜詳細(xì)介紹了該疾病的細(xì)胞和功能多樣性，并揭示了適合治療干預(yù)以克服化學(xué)耐藥性和腫瘤復(fù)發(fā)的關(guān)鍵細(xì)胞和分子特征。研究人員描述了侵襲性肺泡橫紋肌肉瘤(aRMS)癌癥亞型中分化受損的細(xì)胞命運的作用機制。這項工作闡明了如何治療恢復(fù)肌源性分化并阻止腫瘤生長。