垂體是最重要最復(fù)雜的內(nèi)分泌腺體之一，主要由五種激素細(xì)胞組成，包括生長(zhǎng)激素細(xì)胞、催乳素細(xì)胞、促甲狀腺素細(xì)胞、促腎上腺皮質(zhì)激素細(xì)胞和促性腺激素細(xì)胞，在生長(zhǎng)發(fā)育、代謝調(diào)節(jié)、生殖以及應(yīng)激等生理過(guò)程中發(fā)揮重要作用。每種激素細(xì)胞都有可能異常增殖形成腫瘤，即垂體神經(jīng)內(nèi)分泌腫瘤(Pituitary neuroendocrine tumors，PitNETs)，又稱(chēng)垂體腺瘤或垂體瘤，是第二大常見(jiàn)的顱內(nèi)腫瘤，大約占顱內(nèi)腫瘤的10%~16%。基因組學(xué)研究發(fā)現(xiàn)40~60%的生長(zhǎng)激素瘤有GNAS基因突變，40~60%促腎上腺皮質(zhì)激素瘤有USP8突變，但60%垂體瘤未發(fā)現(xiàn)基因突變，病因不明。

垂體瘤細(xì)胞中哪些基因的表達(dá)水平發(fā)生了異常變化？傳統(tǒng)轉(zhuǎn)錄組學(xué)未能有效解決這個(gè)問(wèn)題。這是由于正常垂體組織中，五種類(lèi)型的激素細(xì)胞互相混雜，傳統(tǒng)的群體細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組學(xué)所檢測(cè)到的實(shí)際是“平均激素細(xì)胞”。由于缺乏正常對(duì)照信息，群體細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組學(xué)難以準(zhǔn)確鑒定垂體瘤細(xì)胞中發(fā)生的基因表達(dá)變化。另外，多激素垂體瘤和侵襲性垂體瘤是否存在瘤內(nèi)細(xì)胞異質(zhì)性，也是尚未研究清楚的問(wèn)題。

北京大學(xué)生物醫(yī)學(xué)前沿創(chuàng)新中心湯富酬教授和文路副研究員，與北京天壇醫(yī)院神經(jīng)外科周大彪主任合作，在Neuro-oncology雜志在線(xiàn)發(fā)表（2021年4月28日）題為“Single-cell transcriptome and genome analyses of pituitary neuroendocrine tumors”的研究論文。該研究對(duì)21個(gè)病人的23例垂體瘤組織樣本進(jìn)行了單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測(cè)序（2679個(gè)細(xì)胞），并對(duì)其中5例組織進(jìn)行了單細(xì)胞多組學(xué)測(cè)序（238個(gè)細(xì)胞），為深入理解上述問(wèn)題提供了新的視角（圖1）。該研究論文的主要發(fā)現(xiàn)包括：

1）通過(guò)單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組的無(wú)監(jiān)督式聚類(lèi)可區(qū)分所有垂體瘤亞型，與臨床基于免疫組織化學(xué)的分類(lèi)結(jié)果一致（圖2）。單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測(cè)序還提供了一些新的有趣信息。例如，一例垂體瘤（P11）同時(shí)表達(dá)促腎上腺皮質(zhì)激素細(xì)胞關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子T-PIT（TBX19）與促性腺激素細(xì)胞關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子SF-1（NR5A1），其細(xì)胞在線(xiàn)性降維空間中位于兩個(gè)譜系之間，顯示其處于一種中間狀態(tài)。另一例垂體瘤（P14）被臨床診斷為零細(xì)胞垂體瘤，與促性腺激素瘤聚類(lèi)，提示其細(xì)胞來(lái)源可能是促性腺激素細(xì)胞。

2）我們分離鑒定出了三種正常垂體內(nèi)分泌細(xì)胞：生長(zhǎng)激素細(xì)胞、催乳素細(xì)胞和促性腺激素細(xì)胞，首次獲得這些成體垂體激素細(xì)胞類(lèi)型的單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組圖譜。與相應(yīng)腫瘤細(xì)胞類(lèi)型比較，我們?nèi)骅b定了生長(zhǎng)激素垂體瘤、促性腺激素垂體瘤和催乳素垂體瘤的腫瘤差異表達(dá)基因譜（圖3A-3D）。生長(zhǎng)激素瘤的差異表達(dá)基因以上調(diào)為主（76.1%， 283/372），而促性腺激素瘤的以下調(diào)為主（84.3%， 542/643）。生長(zhǎng)激素瘤上調(diào)的基因中富集分泌相關(guān)基因如SCG3，可能與該腫瘤類(lèi)型的功能亢進(jìn)特征有關(guān)。促性腺激素瘤下調(diào)基因中包括LHB和GNRHR等激素相關(guān)基因，與該腫瘤類(lèi)型往往功能沉默有關(guān)；下調(diào)基因中還富集細(xì)胞周期負(fù)向調(diào)控基因如CDKN2A，表明該腫瘤類(lèi)型發(fā)生了細(xì)胞增殖失調(diào)。值得指出，研究鑒定出了新的垂體瘤相關(guān)基因，如AMIGO2，在生長(zhǎng)激素瘤與促性腺激素瘤中表達(dá)顯著增高（圖3E)。

3）通過(guò)單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組分析，證實(shí)多激素垂體瘤中，多種激素相關(guān)基因及轉(zhuǎn)錄因子在單個(gè)細(xì)胞中共表達(dá)，未發(fā)現(xiàn)瘤內(nèi)異質(zhì)性（圖4）。在侵襲性瘤中，也未發(fā)現(xiàn)明顯的瘤內(nèi)異質(zhì)性。

4）單細(xì)胞多組學(xué)分析表明，即使是基因組拷貝數(shù)紊亂的垂體瘤，單細(xì)胞層次也具有基本一致的拷貝數(shù)變異模式，表明其為單克隆起源（圖5A）。但我們也鑒定到了少量的瘤內(nèi)基因組拷貝數(shù)變異異質(zhì)性（圖5B）。

總之，本研究首次從單細(xì)胞水平上對(duì)垂體瘤轉(zhuǎn)錄組和基因組進(jìn)行了較全面分析，解析了瘤間與瘤內(nèi)異質(zhì)性，鑒定了新的垂體瘤相關(guān)基因，為闡釋垂體瘤發(fā)病機(jī)理與發(fā)現(xiàn)治療靶點(diǎn)提供了新的線(xiàn)索。(生物谷Bioon.com）