本次研究描繪了腎透明細胞癌的單細胞轉錄組和表觀基因組圖譜，識別了腫瘤細胞特異的基因轉錄和表觀調控程序，可為設計更有效的治療策略提供新的線索。
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——文甲明 浙江大學醫學院附屬第二醫院泌尿外科主任醫師
腎細胞癌（以下簡稱腎癌）是起源于腎小管上皮的惡性腫瘤。據國際癌癥研究中心數據庫GLOBOCAN統計，2020年全球腎癌的發病率居惡性腫瘤第14位，死亡率居第15位。其中，我國新發腎癌約7.3萬例，且仍呈上升趨勢。
腎透明細胞癌則是腎癌中最常見的病理亞型。由于其復雜的腫瘤微環境，當前多種臨床治療策略的臨床表現仍有待提升。深入刻畫腎透明細胞癌微環境中的細胞組成和基因組調控特征，對于理解腫瘤致病機理和開發新的治療策略具有重要意義。
不久前，浙江大學醫學院附屬第二醫院泌尿外科主任醫師文甲明、副主任醫師王博涵課題組聯合西湖實驗室謝琦研究員團隊，利用單細胞多組學技術揭示了腎透明細胞癌中的關鍵調控程序，發現了潛在的治療靶點。相關研究論文日前發表在國際期刊《細胞發現》上。
從數萬個單細胞中識別特殊蛋白質
由腫瘤細胞、免疫細胞、間質細胞、細胞外基質及各種因子構成的腫瘤微環境，是非常復雜的生態環境。腎透明細胞癌的腫瘤微環境具有高異質性：同一惡性腫瘤在不同患者個體間或者同一患者體內不同部位腫瘤細胞間以及不同臨床階段中，都存在較大差異，這使得一部分患者對靶向治療和免疫治療初始就不敏感或者最終產生耐藥性。
此次研究中，聯合團隊對4例腎透明細胞癌患者的手術標本進行研究，對患者的腫瘤組織進行了單細胞核轉錄組測序（scRNA-seq）和單細胞染色質可及性實驗技術（scATAC-seq）分析，分別獲得了38097個和21272個單細胞。
“總的來說，實驗獲取的單細胞中，免疫細胞是腎透明細胞癌微環境中主要的細胞群體，占比大于70%，腫瘤細胞只占不到10%，還有一些正常組織細胞。”文甲明介紹。
通過設計嚴格的篩選策略，并結合公開的人類癌癥基因組圖譜計劃數據庫（TCAGA-KIRC），科研人員識別了4個腫瘤細胞特異富集且顯著和病人更差預后生存相關的轉錄因子，具體為蛋白HOXC5、VENTX、ISL1和OTP。
基于scATAC-seq捕獲到的染色質開放信息，科研人員進一步識別出了這些轉錄因子的下游靶基因并構建了其表觀調控網絡。他們分析發現，這些轉錄因子的靶基因顯著富集于低氧環境和細胞增殖信號通路，且包含多個在腫瘤細胞群體中顯著高表達的基因FXYD2和CRYAB。
此外，結合先前的scRNA-seq數據，科研人員發現這些靶基因特異性地富集于腫瘤細胞群體。
發現腎透明細胞癌潛在治療靶點
為進一步調查這些轉錄因子對腫瘤細胞的影響，科研人員在腎癌細胞系和異種移植小鼠腫瘤模型中分別下調這幾個轉錄因子的表達水平后發現，這樣做能夠顯著抑制腫瘤細胞的生長。
同時，結合國際公開的小分子化合物擾動數據庫LINCS10，科研人員篩選出了2個已被美國食品藥品監督管理局（FDA）批準用于疾病治療的藥物進行對照試驗。
科研人員分別在兩個鑒定出的腎癌細胞系培養過程中，將篩選出來的藥物按提前摸索好的濃度加入到細胞培養基中，作為藥物處理組；同時在對照組中向培養基中加入與藥物處理組等量體積的二甲基亞砜。藥物處理兩天后，科研人員收集藥物處理組和對照組細胞，檢測HOXC5、ISL1和VENTX的轉錄水平。
經檢測發現，藥物處理組的HOXC5、ISL1和VENTX的轉錄水平明顯低于對照組。基于此，科研人員將下調轉錄因子表達水平的腎癌細胞系和對照組的腎癌細胞系，同時以同樣數量注射到免疫缺陷小鼠皮下。一段時間后，下調轉錄因子表達水平組小鼠的皮下腫瘤明顯小于對照組小鼠。科研人員認為下調轉錄因子表達水平能明顯抑制腎癌細胞系細胞在體內的生長能力 。
記者了解到，科研人員檢測了藥物處理組、對照組的腎癌細胞的增殖能力，發現藥物處理組與對照組相比，腎癌細胞體外增殖速度明顯減慢。
此外，科研人員刻畫了對各個免疫細胞亞群的轉錄程序和表觀特征，并在腫瘤細胞和免疫細胞亞群間識別出了多對具有潛在臨床意義的配體—受體互作對。
“本次研究描繪了腎透明細胞癌的單細胞轉錄組和表觀基因組圖譜，識別了腫瘤細胞特異的基因轉錄和表觀調控程序，可為設計更有效的治療策略提供新的線索。”文甲明表示。
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