2022年2月10日，中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院血液病醫(yī)院（血液學(xué)研究所）程濤教授、清華大學(xué)古槿副教授和中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院血液病醫(yī)院（血液學(xué)研究所）竺曉凡主任團(tuán)隊聯(lián)合在Nature Cell Biology期刊在線發(fā)表題為“Elucidating Minimal Residual Disease of Paediatric B-cell Acute Lymphoblastic Leukaemia by Single-cell Analysis”的研究論文。該研究以兒童最常見的血液系統(tǒng)惡性腫瘤--B細(xì)胞急性淋巴細(xì)胞白血病（B-cell acute lymphoblastic leukemia, B-ALL）為研究對象，在國際上首次利用單細(xì)胞測序技術(shù)繪制了兒童B-ALL微小殘留?。∕inimal Residual Disease, MRD）的單細(xì)胞圖譜，發(fā)現(xiàn)低氧信號通路異常激活是兒童B-ALL MRD細(xì)胞的重要特征，低氧信號通路是兒童復(fù)發(fā)難治B-ALL治療的潛在治療靶點。
惡性腫瘤細(xì)胞的耐藥是癌癥無法被徹底治愈的根本原因，一小部分殘存腫瘤細(xì)胞由于具備逃脫藥物和免疫系統(tǒng)殺傷的潛能而成為癌癥難治/復(fù)發(fā)的根源，這一小部分殘留的惡性腫瘤細(xì)胞即為MRD，其是血液系統(tǒng)惡性腫瘤治療監(jiān)測和預(yù)后評價的重要指標(biāo)。近年來隨著二代測序技術(shù)的發(fā)展，包括循環(huán)腫瘤細(xì)胞和循環(huán)腫瘤DNA監(jiān)測在內(nèi)的MRD檢測手段也被廣泛用于實體腫瘤的MRD評價。然而，由于研究技術(shù)手段發(fā)展滯后等原因，MRD的發(fā)生機(jī)制目前尚不清楚。
本研究團(tuán)隊首先利用健康兒童供者來源的骨髓單個核細(xì)胞繪制了兒童B細(xì)胞發(fā)育的參考單細(xì)胞圖譜。隨后篩選出初診-誘導(dǎo)治療（第19天，D19）-復(fù)發(fā)完整留存的連續(xù)時間點的四例B-ALL患兒骨髓樣本，分選CD19+細(xì)胞用于單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組和單細(xì)胞BCR測序。根據(jù)BCR克隆多樣性，初步識別了白血病細(xì)胞和正常B細(xì)胞，隨后利用患兒特征性腫瘤分子標(biāo)記進(jìn)行分類驗證，證實了利用BCR克隆多樣性識別白血病細(xì)胞的可靠性并建立了識別白血病細(xì)胞的機(jī)器學(xué)習(xí)模型。利用正常B細(xì)胞參考單細(xì)胞圖譜和白血病細(xì)胞機(jī)器學(xué)習(xí)模型，首先在單細(xì)胞水平比較了初診和復(fù)發(fā)細(xì)胞在分化階段、細(xì)胞周期、轉(zhuǎn)錄調(diào)控、關(guān)鍵基因表達(dá)等方面的差異，發(fā)現(xiàn)與初診細(xì)胞相比，復(fù)發(fā)細(xì)胞存在逆分化現(xiàn)象，MYC等信號通路激活，細(xì)胞周期調(diào)控蛋白P21（CDKN1A）在復(fù)發(fā)細(xì)胞中顯著高表達(dá)，體外實驗驗證表明敲降CDKN1A后會增加B-ALL細(xì)胞系化療藥物的敏感性，P21小分子抑制劑能夠協(xié)同化療藥物有效殺傷B-ALL細(xì)胞。
通過比較初診、D19和復(fù)發(fā)三個階段白血病細(xì)胞的單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)，本研究團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)殘留白血病細(xì)胞所處分化階段并沒有顯著特征，但細(xì)胞周期更多處于靜息狀態(tài)，低氧信號通路顯著激活。四例病人中三例病人的D19殘留細(xì)胞表現(xiàn)低氧信號通路激活。之后研究團(tuán)隊利用體內(nèi)外實驗?zāi)Ｐ妥C實化療藥物處理后低氧信號通路的關(guān)鍵調(diào)控蛋白HIF1α表達(dá)升高，下游信號通路激活。針對HIF1α的小分子抑制劑PX478能夠在體內(nèi)外協(xié)同化療藥物有效殺傷B-ALL細(xì)胞系和原代B-ALL細(xì)胞，進(jìn)而顯著延長B-ALL PDX小鼠生存時間。本研究為兒童B-ALL提供了極具潛在轉(zhuǎn)化應(yīng)用價值的治療方案，為在其他血液系統(tǒng)惡性腫瘤和實體腫瘤中開展MRD研究提供重要參考范例。
本項研究受到中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院醫(yī)學(xué)與健康科技創(chuàng)新工程（2021-I2M-1-040）和國家自然科學(xué)基金委重大項目（81890992）等基金的支持。中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院血液病醫(yī)院（血液學(xué)研究所）程濤教授、清華大學(xué)古槿副教授和中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院血液病醫(yī)院（血液學(xué)研究所）竺曉凡主任是本文的通訊作者。中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院血液病醫(yī)院（血液學(xué)研究所）副研究員張英馳、清華大學(xué)碩士研究生王事成（已畢業(yè)）、中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院血液病醫(yī)院（血液學(xué)研究所）主治醫(yī)師章婧嫽、博士研究生劉超（已畢業(yè)）和清華大學(xué)博士研究生李欣琪為本文的共同第一作者。
原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41556-021-00814-7
