近日，来自斯坦福大学医学院的研究者发现，从癌性肿瘤上脱落的细胞进入血液中这种方式是一种多样化的群体遗传形式，其中有些细胞中的部分基因处于开启状态，有某种潜能寄居在别的地方，这样一来就可以帮助癌细胞在组织间进行扩散；另外的一些细胞完全具有不同的基因表达样式，在新的组织中不会恶性变化，并且趋于死亡。有一些细胞可能会表达某些基因，而且可以预测它们对于特定治疗方法的效应，甚至是对于一个病人，肿瘤细胞也可以在血液中不断循环，并且剧烈地改变。
研究者新的研究发现揭示了多种类型的治疗方法将被用拉开治疗看似单一的癌症，而且研究也揭示了人类癌症的细胞系模型和癌症病人身上的癌症细胞不一样，需要进一步进行改良。这项研究于5月7日刊登在了国际著名杂志PLoS One上，这篇文章是首次来关注游走肿瘤细胞的文章，也是首次阐释诸如这类细胞在遗传差异上的广度。从单一的病人身上获取单一的血液，研究者们可以看到游走肿瘤细胞的非齐性总体。
近乎一个世纪以来，科学家们已经知道游走肿瘤细胞（CTCs）是从肿瘤上脱落下来，并且随着血液游走癌症病人全身，过去5年里，研究者们不断追踪着CTCs，但是从血液中分离CTCs相当困难；研究者Jeffrey和其他研究者运用他们2008年发明的新技术，称为MagSweeper来从病人血液中分离出CTCs，这种技术是基于癌细胞表面蛋白EpCAM的存在所建立的。
Jeffrey表示，很多研究者是通过在细胞样品中加入荧光抗体来识别并且研究在某一个时间点上CTCs一系列的基因或者蛋白质的情况，而他们对乳腺癌病人的CTCs进行研究来检测来自不同乳腺癌细胞单一细胞中的95个不同基因的表达情况，研究者试图既测出基因的表达，而且不将不同细胞混合在一起，这样一来研究者将会检测出单个肿瘤细胞的不同表达差异。因此当Jeffrey和他的同时们分离出了CTCs后，他们转向应用了一种新的技术-实时定量PCR微流体芯片技术，来纯化每一个CTC的遗传物质，并且用高通量技术来测定95个基因的表达水平。
Jeffrey表示，在病人中，他们终止了31个主导基因的表达，通过观察这些基因的表达水平，他们看到了游走肿瘤细胞至少两个不同的特殊类群，研究者将这些CTCs分为5个不同的类群，每一个类群都是不同基因组合的打开或者关闭。多样性意味着肿瘤包含着多种类型的癌细胞，而且可以进入血液中，来自病人的单一活组织检测并不一定反应所有的分子改变，就比如说对于一个乳腺癌患者，有些CTCs标记物HER2阳性，而有些CTCs则阴性；研究者对比了乳腺癌病人CTCs不同的基因档案后发现，就像细胞系那样，没有一种人类的CTCs有着相同的基因样式。
研究者的研究结果对于癌症病人来说并没有直接的影响，因为更多的工作需要来进行从而来发现不同类型的CTCs对于不同的治疗方法所产生的效应，以及是否对于临床治疗有效，但是研究结果对于我们理解游走肿瘤细胞在血液中的作用尤为重要，当然，这也是第一次科学家用高通量基因分析技术来学习单一的CTCs，为将来学习细胞的多样性研究提供了一些基础和线索。（生物谷：T.Shen<微博>编译）
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doi:10.1371/journal.pone.0033788
PMC:
PMID:
Single Cell Profiling of Circulating Tumor Cells: Transcriptional Heterogeneity and Diversity from Breast Cancer Cell Lines
Ashley A. Powell1#¤a, AmirAli H. Talasaz2,3#¤b, Haiyu Zhang1#, Marc A. Coram4, Anupama Reddy5¤c, Glenn Deng1¤d, Melinda L. Telli6, Ranjana H. Advani6, Robert W. Carlson6, Joseph A. Mollick6, Shruti Sheth6, Allison W. Kurian6, James M. Ford6, Frank E. Stockdale6, Stephen R. Quake7, R. Fabian Pease3, Michael N. Mindrinos2, Gyan Bhanot5,8,9, Shanaz H. Dairkee1,10*, Ronald W. Davis2*, Stefanie S. Jeffrey1*
Background To improve cancer therapy, it is critical to target metastasizing cells. Circulating tumor cells (CTCs) are rare cells found in the blood of patients with solid tumors and may play a key role in cancer dissemination. Uncovering CTC phenotypes offers a potential avenue to inform treatment. However, CTC transcriptional profiling is limited by leukocyte contamination; an approach to surmount this problem is single cell analysis. Here we demonstrate feasibility of performing high dimensional single CTC profiling, providing early insight into CTC heterogeneity and allowing comparisons to breast cancer cell lines widely used for drug discovery.
Methodology/Principal Findings We purified CTCs using the MagSweeper, an immunomagnetic enrichment device that isolates live tumor cells from unfractionated blood. CTCs that met stringent criteria for further analysis were obtained from 70% (14/20) of primary and 70% (21/30) of metastatic breast cancer patients; none were captured from patients with non-epithelial cancer (n = 20) or healthy subjects (n = 25). Microfluidic-based single cell transcriptional profiling of 87 cancer-associated and reference genes showed heterogeneity among individual CTCs, separating them into two major subgroups, based on 31 highly expressed genes. In contrast, single cells from seven breast cancer cell lines were tightly clustered together by sample ID and ER status. CTC profiles were distinct from those of cancer cell lines, questioning the suitability of such lines for drug discovery efforts for late stage cancer therapy.
Conclusions/Significance For the first time, we directly measured high dimensional gene expression in individual CTCs without the common practice of pooling such cells. Elevated transcript levels of genes associated with metastasis NPTN, S100A4, S100A9, and with epithelial mesenchymal transition: VIM, TGFß1, ZEB2, FOXC1, CXCR4, were striking compared to cell lines. Our findings demonstrate that profiling CTCs on a cell-by-cell basis is possible and may facilitate the application of ‘liquid biopsies’ to better model drug discovery.
