单细胞成像以完全定义肿瘤微代谢状态

许多大型制药公司能够在创纪录的时间内针对SARS-COV-2推出疫苗，通过重新制作其现有的实验mRNA基因疗法以携带新的有效载荷。尽管这些癌症疫苗最初是编码单个RNA分子新抗原助剂，可以在特定的HLA受体上最佳地呈现，以增强CD8+ T细胞抗肿瘤反应，现在可以提供优化的尖峰蛋白受体结合域的优化版本抗体。

但是事情还没有结束。这些公司也一直在努力工作，重新利用其彻底精简的药物发现管道进行筛选小分子抑制剂这可能会在创纪录的时间内阻止SARS感染，生命周期或炎症后遗症。随着疫苗战斗和治疗挑战的获胜者现在开始出现，一个受启发的行业现在重新点燃了战争癌症具有更新的活力和目标。

星期一，我们报道了新技术，Mission Bio的磁带平台，这使得同时评估蛋白质生物标志物和遗传缺陷在单细胞在癌症的整个生命周期中。尽管这种信息对于调整疗法至关重要，因为新的抗性克隆在异质性肿瘤中出现，但故事还有更多。细胞的遗传剖面指示它是什么有能力的做的，即它可以使用什么底物以及他们绝对需要的底物，但不是关于什么细胞是实际上在任何给定时间做。换句话说，它表明它们代谢底物的速度有多快 - 在最高水平上，这将是通过糖酵解，有氧糖酵解或线粒体氧化磷酸化的速度。

成像方式，例如正电子发射断层扫描（18F-FDG PET），计算机断层扫描和超极态磁共振成像（MRI）是区分肿瘤中代谢状态的宝贵工具，但它们完全缺乏足够的分辨率来研究细胞水平的异质性。为此，研究人员需要细胞培养和可以成像单独标记细胞的体内模型。在最近的一篇文章中细胞报告，研究人员已经完善了一项正是这样做的技术。

肿瘤中的糖酵解经常上调，导致细胞增殖所需的代谢中间体的生物合成增加。细胞可以通过上调磷脂酰肌醇3-激酶（PI3K）信号传导，要么通过获取激活突变，负调节性磷酸酶PTEN中的突变，或者由于受体酪氨酸激酶信号的增加而导致的突变。PI3K信号传导部分通过AKT（蛋白激酶B）起作用，以增强糖酵解通量，以及最终控制肌动蛋白骨骼和局部膜动力学的其他介体。在雌激素受体阳性肿瘤（ER+）中，现在已经批准了几种PI3K抑制剂作为治疗，也可以探索更耐抗性的三阴性肿瘤亚型。

研究人员使用了葡萄糖荧光共振能传递（FRET）成像，代谢组学，活性氧气检测和线粒体膜电位荧光成像（带有TMRE标签）的联合方法，以在单细胞水平上定义肿瘤异质性。他们还使用流式细胞术来分离高葡萄糖浓度细胞进行培养，以进行更具体的分析。在不同种类的培养基中培养MCF-7乳腺癌细胞，以反映不同的肿瘤环境，然后将培养物植入小鼠的乳腺脂肪垫中。将肿瘤细胞系植入原始物种和组织（称为原位模型）可以保留正常的免疫肿瘤相互作用。

另外，患者衍生的异种移植物（PDX）也可以植入免疫抑制的小鼠模型中，以评估在定义的环境中人类癌症。传统上，癌细胞皮下植入了小鼠，以方便研究。但是，这些肿瘤过早地溃疡，过早终止研究。新的测定协议次级，其中将细胞直接注入乳腺脂肪垫的基质中，已成为主力瘤各种癌症的模型。

研究人员发现，肿瘤散布在高葡萄糖和低葡萄糖细胞的不同区域，这些区域维持其状态超过10小时。这些代谢状态被证明是跨有丝分裂的子细胞的遗传性，甚至相邻细胞也可能完全不同。研究人员怀疑，可遗传代谢状态的基础可能是表观遗传调节。通过测试几种抑制剂，他们发现虽然PI3K抑制作用击倒了许多细胞，但同时抑制了某些“溴结构域”的蛋白质时获得更好的结果。溴结构域是110个氨基酸基序，它们在组蛋白的N末端尾巴上识别表观遗传乙酰化标记。当赖氨酸乙酰化的溴结构域“读取器”不合时宜时，细胞可能对PI3K抑制作用。迄今为止，已经确定了至少43个溴结构域蛋白，许多组蛋白乙酰转移酶。

研究人员观察到，不同状态中的癌细胞具有不同的脆弱性。他们发现，高葡萄糖细胞特别依赖于细胞外丙酮酸，但是在存在低葡萄糖癌细胞或基质成纤维细胞的情况下，该脆弱性被掩盖。丙酮酸脱氢酶的调节剂之一原来是Akt激酶，提出了可能治疗这些癌症的其他方法。单细胞遗传和蛋白质标记的多欧类预测因子与地面单细胞代谢的组合最终应提供击败任何癌症所需的全面见解。

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