Nat Rev Genet：单细胞基因组学转化为临床应用，到了关键的临界点！

文章从单细胞基因组学的关键步骤依次做了解析。

1、样本获取、存储和处理

大多数单细胞技术都需要新鲜、活细胞进行测序。尽管病人可能会对重复活检的过程感到恐惧，但研究表明，如果这个过程能够影响他们的治疗，他们是愿意接受的。

此外，细胞捕获和测序的设备和人员投入也是必需的，且需要技术专业性强的人员来处理样本、准备库和运行适当的检测。同时，人员的培训和认证也需要满足严格的质量要求。

🔺 图2. 单细胞测序在研究领域的最新进展。单细胞测序在生物科学研究中产生了巨大的影响，特别是在揭示涉及人类疾病的新型细胞类型和功能方面。a，在血液学中，通过追踪克隆进化，使我们能够识别出抗治疗的克隆和进行长期的疾病监测。通过其基因组特征定义的低频细胞群体的识别，也推动了对肿瘤干细胞和最小残余疾病监测的研究。b，在肿瘤学中，几乎所有类型的癌症都已经公布了表征肿瘤内异质性和肿瘤微环境的细胞图谱。与此相一致，我们在理解转移机制和通过循环肿瘤细胞的分析进行早期检测方面取得了重要的进步。c，在免疫学中，通过解析单个细胞的T细胞受体和B细胞受体测序，研究人员解析了造成循环和组织驻留的致病免疫细胞行动模式的基因组机制。与传统的流式细胞术技术相比，单细胞基因组方法在可进行测定的参数数量上提供了数个数量级的增加，大大提高了发现的分辨率。

2、生物信息学分析

在一个可复现、时间效率的方式中处理数据是将单细胞技术应用于临床的一个重大障碍。为了得到可复现的结果，实验室需要有标准的单细胞过滤和归一化流程。此外，使用参考数据集进行自动化细胞分类也将确保结果的稳健性。

🔺图3. 将单细胞测序集成到临床实践中的应用。虽然我们预见到长期来看，单细胞基因组学可能会影响临床实践的许多领域，但我们预期初始的重点领域将是肿瘤学、血液学和免疫学。a，单细胞技术可通过提高应用于循环肿瘤细胞的基因组分辨率，用于癌症的早期检测。b，越来越多的证据表明，特定免疫细胞亚群的细胞基因组特征可以用来预测检查点抑制剂免疫疗法的反应和毒性。c，细胞基因组技术可以识别选择性转录丧失靶向的HLA作为获得性免疫疗法抗性的一种机制。d，细胞基因组技术在临床试验中的应用领域正在增长。e，从最小残余疾病的分辨率提高，到患者的亚分类和分层，诊断和监测的应用正在出现。f，细胞基因组方法正在被用来通过解析克隆型和细胞类型子集的基因组特征，来识别新的治疗目标。g，除了早期检测，对循环肿瘤细胞进行深度基因组分析也可以用来监测癌症的演变。

3、结果返回给临床医生

将大量的单细胞基因组数据压缩成一个清晰、简洁和具有临床意义的报告也是必要的。全外显子测序在肿瘤学中已经很常见，已有一些指南可以帮助实验室向临床医生定制他们的报告。

单细胞基因组学为我们对复杂的生物系统提供了前所未有的分辨率。其在癌症研究、免疫学以及疾病生物学中的应用，正显著地改变着我们对各种疾病的理解和治疗。

在癌症研究中，单细胞基因组学提供了对肿瘤内异质性和微环境的深入理解。通过深入剖析肿瘤细胞的单细胞基因表达，研究者能够发现影响免疫疗效和毒性的细胞亚型特异基因签名。

此外，通过单细胞测序技术，研究者还可以揭示导致免疫治疗耐药性的机制，从而为开发克服治疗耐药性的新药提供目标。

在免疫学研究中，单细胞基因组学在细胞水平上揭示了免疫系统的异质性和复杂性。这不仅有助于我们更好地理解免疫细胞的功能和相互作用，还为研究免疫相关疾病（如自身免疫疾病）提供了新的视角。

尽管单细胞基因组学为我们提供了巨大的研究潜力，但其临床应用仍面临诸多挑战，包括样本获取、存储和处理，以及生物信息学分析等问题。

此外，将大量的单细胞基因组数据转化为清晰、简洁且具有临床应用价值的报告也是一项重大挑战。

面对正处于临床转化临界点的单细胞基因组学研究，您将如何将其应用于您的临床科研中呢？

【1】Lim J, Chin V, Fairfax K, Moutinho C, Suan D, Ji H, Powell JE. Transitioning single-cell genomics into the clinic. Nat Rev Genet. 2023 May 31. doi: 10.1038/s41576-023-00613-w. Epub ahead of print. PMID: 37258725.