腫瘤內(nèi)部異質(zhì)性可能在癌細胞的侵襲、轉(zhuǎn)移和耐藥性演變中發(fā)揮重要作用。單細胞測序能夠在單個細胞水平上研究腫瘤的內(nèi)部異質(zhì)性、癌細胞的克隆發(fā)展和進化、早期癌癥的侵襲、癌細胞的突變率和   突變類型，追蹤癌細胞的轉(zhuǎn)移和擴散、了解癌癥治療過程中癌細胞的耐藥性演變、揭示腫瘤微環(huán)境等。

隨著單細胞測序技術(shù)的高速發(fā)展，其研究范圍從轉(zhuǎn)錄組逐漸擴展到基因組、表觀組和蛋白組等，并被大量地應(yīng)用于各種類型癌癥的基礎(chǔ)研究，包括乳腺癌、膀胱癌、前列腺癌、腎癌、肺癌、結(jié)直腸癌、肝癌、骨髓增生性腫瘤、急性髓系白血病等等（表 2-1）。這極大地促進了癌癥的基礎(chǔ)研究和臨床應(yīng)用。

表 2-1  使用單細胞技術(shù)的部分癌癥基礎(chǔ)研究

表  2-2 使用單細胞技術(shù)的部分  CTC  研究

2013 年在對肺癌 CTC 的單細胞研究中發(fā)現(xiàn) CNV（基因拷貝數(shù)變異）譜與同一患者的轉(zhuǎn)移灶相一致，而 SNP（單核苷酸多態(tài)性）在細胞間存在異質(zhì)性 [Ni X et al. Proc Natl Acad Sci USA 2013]。據(jù)此，理論上可以使用單細胞測序技術(shù)來進行腫瘤早篩，鑒定癌癥的具體亞型，判斷癌癥是否發(fā)生轉(zhuǎn)移。但與目前臨床已在應(yīng)用的其他癌癥早篩方法相比（如表 2-3），單細胞 CTC 篩查的成本高、檢測流程復雜，其臨床應(yīng)用還有很大的挑戰(zhàn)，仍需進一步研究及開發(fā)。

表 2-3  不同癌癥早篩方法的比較

確定癌癥異質(zhì)性和轉(zhuǎn)移性的特征有助于癌癥的臨床診斷，對癌癥組織和 CTC 進行單細胞測序在解   析這個問題上表現(xiàn)出巨大的潛力。

對于癌癥組織，通過對腫瘤免疫微環(huán)境（TIME）的鑒定，確定癌細胞的亞群分類、組織分布特征、腫瘤內(nèi)群體細胞異質(zhì)性以及腫瘤細胞的分子標記物，有助于癌癥的臨床診斷。目前，基于單細胞測序   技術(shù)，研究人員已經(jīng)繪制了肺癌、結(jié)直腸癌、腎癌、乳腺癌、黑色素瘤等多種癌癥的細胞圖譜。

此外，由于 CTC 與腫瘤的轉(zhuǎn)移相關(guān)性比較強，CTC 單細胞測序可以闡明初級腫瘤與二級腫瘤之間的   關(guān)聯(lián)。在這樣的背景下，不同類型癌癥（如乳腺癌、肺癌、胰腺癌、結(jié)直腸癌等）的 CTC 單細胞圖譜被   陸續(xù)繪制，為 CTC 單細胞測序用于癌癥臨床診斷提供了基礎(chǔ)。

腫瘤異質(zhì)性、耐藥性演變、免疫逃逸等是影響癌癥治療效果的三大重要因素，單細胞測序可以用于評估上述因素，幫助醫(yī)生決策的腫瘤治療方案。

腫瘤細胞的單細胞測序可以為癌癥治療方案的調(diào)整和藥物開發(fā)提供依據(jù)。北京大學張澤民教授課   題組和美國安進（Amgen）公司在單細胞水平對結(jié)直腸癌患者的腫瘤微環(huán)境進行詳細描述 [Zhang L et al. Cell. 2020]，揭示了靶向髓系細胞的免疫治療策略潛在的作用機理，并提及了髓系靶向免疫療法   目前已經(jīng)在臨床實驗中應(yīng)用。考慮 mRNA 和蛋白組豐度之間存在的差異，單細胞蛋白組學也被利用于對   癌癥療效的評估，例如評估黑色素瘤患者抗 PD-1 免疫治療前后免疫細胞的功能狀態(tài) [Luigi Fattore et al. Cell Death Dis. 2019]。此外，scRNA-seq（單細胞轉(zhuǎn)錄組測序）還能為抗腫瘤藥物的開發(fā)提   供新的目標。Jang 等人對不同病程的多發(fā)性骨髓瘤進行 scRNA-seq [Jang, J. S et al. Blood Cancer. 2019]，篩選出 44 個較低總生存率相關(guān)的高表達基因，這些基因可作為多發(fā)性骨髓瘤的潛在藥物靶標。

  基于 CTC 的單細胞測序也可用于癌癥療效的評估。乳腺癌患者 CTC 的研究結(jié)果表明，HER2 狀態(tài)存   在異質(zhì)性，這可能有助于耐藥性的發(fā)展 [Jordan NV et al. Nature.2016]，同時 CTC 已經(jīng)被證明可以   預(yù)測乳腺癌 [Antonarakis ES et al. N Engl J Med.2014] 和前列腺癌 [Antonarakis ES et al. JAMA oncol.2015] [Wallwiener M et al. BMC Cancer.2014]  的治療效果。