文獻(xiàn)信息
【文章標(biāo)題】Elucidating minimal residual disease of paediatric B-cell acute lymphoblastic leukaemia by single-cell analysis
【發(fā)表雜志】Nat Cell Biol.（IF：21.3）
【發(fā)表時間】2022年2月
【應(yīng)用技術(shù)】10x Genomics scRNA-seq，scBCR-seq，WES，Bulk RNA-seq
【關(guān)? 鍵? 詞】急性B淋巴細(xì)胞白血病（B-ALL），單細(xì)胞測序技術(shù)，微小殘留疾病(MRD)
閃光點
1、 在國際上首次利用單細(xì)胞測序技術(shù)（單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測序scRNA-seq和單細(xì)胞BCR測序scBCR-seq技術(shù)）繪制了兒童B-ALL MRD的單細(xì)胞圖譜；
2、 建立白血病細(xì)胞識別分類器（根據(jù)BCR克隆多樣性識別白血病細(xì)胞）；
3、體內(nèi)外實驗驗證：針對低氧信號通路關(guān)鍵分子HIF1α的小分子抑制劑能夠有效協(xié)同化療藥物治療B-ALL，為兒童B-ALL提供了極具潛在轉(zhuǎn)化應(yīng)用價值的治療方案。
方法與結(jié)論
樣本：健康兒童、B-ALL患兒骨髓血（初診、D19、復(fù)發(fā)）
亮點解析
由于拷貝數(shù)變異（CNV）在大多數(shù)人類腫瘤中很常見（88%）[1]，所以通常而言，利用單細(xì)胞測序數(shù)據(jù)區(qū)分腫瘤細(xì)胞和正常細(xì)胞的常規(guī)方法是識別CNV，上一篇推文也給大家介紹了一個從scRNA-seq數(shù)據(jù)中推斷CNV的工具--InferCNV（Vernacular｜InferCNV 幫你從單細(xì)胞數(shù)據(jù)中挑出“害群之馬”—腫瘤細(xì)胞）。那么，那些不發(fā)生或者很少發(fā)生CNV的疾?。ㄈ缭煅到y(tǒng)癌癥[2]），如何識別惡性細(xì)胞呢？本文采用了一種機(jī)器學(xué)習(xí)方法，根據(jù)全基因組表達(dá)模式來區(qū)分白血病和非白血病B細(xì)胞，下面結(jié)合急性B淋巴細(xì)胞白血?。˙-ALL）疾病背景詳細(xì)說說如何不通過CNV景觀區(qū)分惡性腫瘤細(xì)胞。
簡單來說，人體有三種血液細(xì)胞：紅細(xì)胞（Erytherocytes）、血小板（Platelets）、白細(xì)胞（粒細(xì)胞、單核細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、肥大細(xì)胞、樹突狀細(xì)胞，T細(xì)胞、B細(xì)胞、NK細(xì)胞），它們由骨髓中造血干細(xì)胞（Hematopoietic stem cell）發(fā)育分化而來。急性淋巴細(xì)胞白血病（ALL）就是由于淋巴母細(xì)胞（Lymphoid progenitor cell，圖1紅框）在骨髓內(nèi)異常增生，導(dǎo)致病人無法制造出能正常工作的血細(xì)胞，從而引發(fā)的惡性腫瘤疾病。B-ALL是其中最常見的一種類型，由于其起源于B系淋巴前體細(xì)胞（Pro-B）異常增生而得名（圖2紅圈）。
眾所周知，B細(xì)胞是體液免疫的主要細(xì)胞，通過分泌抗體產(chǎn)生免疫效應(yīng)。但它不是生來就能分泌抗體的，是Pro-B細(xì)胞通過一系列嚴(yán)苛的篩選和抗原刺激，最終分化發(fā)育成為成熟的漿細(xì)胞才能產(chǎn)生抗體（圖2）。
為了產(chǎn)生盡可能多種類的抗體，在前b細(xì)胞階段（骨髓中），它們的基因會發(fā)生重排重組（圖3紅框，Pro-B 細(xì)胞階段細(xì)胞內(nèi)部依次發(fā)生重鏈D-J基因重組和V-DJ基因重組），而這個基因重組決定的就是抗體 / BCR的多樣性。
在B-ALL疾病中，Pro-B細(xì)胞異常增生可能影響D-J基因重組和V-DJ基因重組。
編碼抗體 / BCR的基因是由許許多多基因片段組成，他們依次排列在染色體上，分為V( Variable )、D( Diversity )、J( Joining )三個區(qū)域，每個區(qū)域分別有約40、23、6種不同的基因片段（圖4B）。每個B細(xì)胞需要從V、D、J區(qū)域各隨機(jī)抽取一個片段組成重鏈，再從λ或κ鏈中的一個選擇一個V區(qū)和一個J區(qū)片段組合成輕鏈，最終形成完整的抗體 / BCR（圖4C）。
需要注意的是，當(dāng)B細(xì)胞完成一條染色體的基因重組時，會抑制另一條同源染色體的基因重組，即同源排斥，所以一個B細(xì)胞克隆只會出現(xiàn)一種V(D)J基因重組，對應(yīng)一種BCR，只分泌一種抗體。正常人的機(jī)體時刻在應(yīng)對各種各樣內(nèi)源性或外源性的抗原，所以BCR應(yīng)該是多克隆的。BCR基因檢測到單克隆重組往往提示B淋巴細(xì)胞系的腫瘤如B-ALL、CLL、MM、B細(xì)胞淋巴瘤等。
V(D)J序列多樣性的集合稱為免疫組庫（Immune repertoire, IR），通過結(jié)合單細(xì)胞測序，可一次性獲得大量單細(xì)胞的基因表達(dá)譜和免疫組庫數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)單細(xì)胞分辨率上同時對基因轉(zhuǎn)錄本和免疫組庫進(jìn)行高通量測序。
本文使用初診及治療后19天的B-ALL骨髓血樣本進(jìn)行WES、scRNA-seq和scBCR-seq，數(shù)據(jù)顯示初診樣本缺乏表達(dá)BCR的細(xì)胞（圖5紅框），提示V(D)J重組可能受到干擾，這些患者的白血病細(xì)胞中沒有完整的BCR表達(dá)。
由上文可知，無BCR表達(dá)（以及克隆BCR表達(dá)，詳情見文章詳細(xì)解析圖）的細(xì)胞被定義為白血病細(xì)胞，而非克隆BCR表達(dá)的細(xì)胞被定義為非白血病細(xì)胞。依據(jù)WES結(jié)果可知一個患者有MLL-ENL重排、另一個患者有KRAS突變，通過分析這兩個患者配對scRNA-seq和scBCR-seq數(shù)據(jù)，結(jié)果顯示腫瘤特異性MLL-ENL融合基因及KRAS突變（marker基因）均在無BCR表達(dá)的細(xì)胞中特異性表達(dá)（圖6紅框），從而驗證上面的分類標(biāo)準(zhǔn)的正確性。
本文采用機(jī)器學(xué)習(xí)方法，根據(jù)全基因組表達(dá)模式來區(qū)分白血病細(xì)胞和正常B細(xì)胞。并利用健康供體細(xì)胞、診斷階段白血病細(xì)胞和復(fù)發(fā)階段白血病細(xì)胞，通過BCR表達(dá)進(jìn)行區(qū)分測驗，圖7h曲線下面積接近1.0，證明該分類器具有良好的效果。
參考文獻(xiàn)
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[5] Schroeder Jr, Harry W., Andreas Radbruch, and Claudia Berek. "B-cell development and differentiation." Clinical immunology. Elsevier, 2019. 107-118.
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