传统的bulk测序在解决肿瘤细胞亚群、解析肿瘤微环境的能力、研究肿瘤异质性等方面存在局限性，而单细胞转录组测序（scRNA-seq）技术可以对肿瘤细胞亚群、治疗后残留的肿瘤细胞以及周围基质中肿瘤相关的非恶性细胞的基因表达进行高分辨率分析，对于了解肿瘤细胞亚群、解析关键药物靶点途径，以设计针对肿瘤细胞和TME的定制联合治疗方案等方面的研究都是非常有效的技术手段。

 

PDX模型，全称为病人来源肿瘤异种移植（Patient-derived tumor xenograft, PDX）模型，是将来源于患者的肿瘤组织、原代细胞植入免疫缺陷鼠的体内形成的移植瘤模型。PDX模型在组织病理学、分子生物学和基因水平上保留了大部分原代肿瘤的特点、具有较好的临床疗效预测性。因此，PDX模型在新药研发的诸多关键节点（如药物筛选，药效验证，临床试验病人筛选等）得到了越来越广泛的应用。

 

单细胞测序+PDX肿瘤样本建模，能够更好诠释肿瘤发生发展的机制，成为肿瘤研究的两把利剑。

单细胞测序+PDX模型应用案例

 

背景：髓外浸润(EMI)，是AML这种血液恶性疾病的伴随症状，通常表现为肿块、结节或者斑块。既往队列研究报告，EMI的预后影响相互矛盾，有的研究认为EMI预后差，可能预示着急性髓性白血病（AML）的不良结局。但是有的研究经多变量分析调整后，没有发现诊断时的EMI对预后的影响。由于缺乏对EMI的充分了解，在临床上进行及时的治疗仍然是一个挑战

 

样本：AML患者病例（含纵向收集）+健康人群+ 细胞系+公共数据库+PDX模型+CDX模型

 

结论：在病人异种移植（PDX）和细胞系异种移植模型中，白血病细胞具有突出的皮肤或胃肠道 EMI 结节。单细胞测序发现成纤维细胞通过C1Q-球状C1Q受体识别和随后的转化生长因子β1刺激吸引C1Q+白血病细胞迁移。这种细胞间的交流也有助于 C1Q+ 白血病细胞在化疗压力下存活。因此，C1Q是预后不良的急性髓细胞性白血病的标志物，它通过与成纤维细胞的沟通协调癌症浸润途径，是EMI的一个令人信服的治疗靶点。

 

背景：肿瘤内遗传和功能异质性与癌症临床预后相关。然而，人们对肿瘤内异质性影响治疗效果的机制仍知之甚少。单个肿瘤细胞的 RNA 测序（RNA-seq）可提供有关单个肿瘤细胞基因表达和单核苷酸变异的全面信息，从而可将异质性肿瘤细胞功能反应转化为定制的抗癌治疗

 

结果：从肺腺癌患者肿瘤异种移植物中分离出 34 个患者衍生异种移植物（PDX）肿瘤细胞。对单个肿瘤细胞进行了单细胞 RNA-seq 基因表达谱分析，结果显示G12D突变分析。观察到包括 KRAS 在内的 50 种肿瘤特异性单核苷酸变异在单个 PDX 细胞中存在异质性。在体外抗癌药物治疗中存活下来的 PDX 细胞显示的转录组特征与 KRASG12D 和低风险评分组一致。

 

结论：对存活的 PDX 细胞进行单细胞 RNA 序列分析，发现了与抗癌药物耐药性相关的候选肿瘤细胞亚群。

背景：晚期高级别浆液性卵巢癌（HGSOC）的女性经常发生恶性腹水，并与耐药性和预后不良相关。为了全面表征晚期高级别浆液性卵巢癌（HGSOC）腹水生态系统，研究者使用单细胞RNA测序对HGSOC患者的腹水标本进行分析，发现在恶性细胞和与癌症相关成纤维细胞中JAK/STAT途径的抑制在短期培养和患者来源的异种移植模型中具有有效的抗肿瘤活性。

 

样本：3个样本队列，cohort1：6位患者的8个腹水样本；cohort2：6位患者的14个腹水样本；cohort3：三个腹水样本和两个原发性肿瘤。

 

结论：腹水细胞的组成和功能在患者间存在明显差异，包括免疫调节成纤维细胞亚群和巨噬细胞亚群，“免疫反应性" 和 "间质"亚型对预后有影响，它们反映了免疫调节性成纤维细胞亚群和巨噬细胞亚群的丰富程度。在恶性细胞和CAFs中JAK/STAT通路均表现为抑制状态，该通路的抑制在原代短期培养物和 PDX 模型中都具有强效抗肿瘤活性。

 

背景：肿瘤细胞的内在机制以及与肿瘤微环境之间复杂的相互作用通过肿瘤演变导致治疗失败。利用单细胞 RNA 测序（scRNA-seq）对临床病程中细胞类型特异性转录组变化进行全面分析，开发出针对复发性癌症的个性化方法，从而克服耐药性。

 

方法：利用 scRNA-seq 描绘一例因激活HRAS突变而导致的化疗耐药转移性肌浸润性尿路上皮膀胱癌（MIUBC）的肿瘤图谱。为了分析治疗后肿瘤的演变和微环境的变化，对相应的患者来源异种移植（PDX）在使用tipifarnib（一种正在接受临床评估的HRAS靶向药物）治疗前后的情况进行了scRNA-seq分析。

 

结果：对人 MIUBC 和 PDX 样本平行分析，不同的基质和免疫细胞群呈现了人类和小鼠肿瘤微环境中的细胞组成。tipifarnib治疗前后PDX的scRNA-seq比较分析揭示了tipifarnib难治性肿瘤细胞和肿瘤微环境的性质。基于存活肿瘤细胞中程序性死亡配体 1（PD-L1）的上调，以及替法尼治疗后 PDX 中多种免疫抑制亚群的积累，临床应用了 PD-L1 抑制剂 atezolizumab；这使得替法尼获得性耐药患者获得了良好的反应。

 

单细胞测序+PDX模型研究思路总结

1. 通常以病人样本为起点，单细胞测序发现特殊的细胞亚型或者不同基因表达模块锁定分子信号通路；

 

2. PDX模型中证明特殊细胞亚群与癌症进展以及不良预后的一致性；

 

3. 在细胞系中进行癌症进展的分子机制探究；

 

4. 回到PDX模型，证明药物或者相关基因介导某一信号通路调控肿瘤的进展或预后等。