癌症是一种异质性疾病，其特点是从正常状态向肿瘤状态转变过程中获得的功能性能力。虽然不断涌现的新技术和计算工具可用于阐明癌症的发生、发展、转移和耐药机制，但挑战依然存在。Bulk RNA 测序技术只能反映样本中的平均基因表达，因此很难了解肿瘤的异质性和肿瘤微环境。单细胞RNA测序（scRNA-seq）技术可通过识别不同的细胞亚群、剖析肿瘤微环境和描述细胞基因组突变，为了解肿瘤生物学的细微变化提供了可能性。近年来，scRNA-seq 技术越来越多地应用于癌症研究，对探索肿瘤异质性和肿瘤微环境具有极大的推动作用，可进一步加深人们对肿瘤发生和转移的理解。

陆军军医大学第二附属医院（新桥医院）血液病医学中心近日就单细胞测序在肿瘤中的应用及挑战在《Journal of Hematology & Oncology》期刊发表综述“Advances in singlecell RNA sequencing and its applications in cancer research”，其第一作者为黄德智、马娜丫、李炘檑、苟阳，通讯作者为李琼、饶军副教授、张曦教授。该文章全面系统地介绍了scRNA-seq 技术的现状和进展，总结了其在癌症生物学研究和临床实践中的应用，并提出了未来研究的主要途径，重点阐述了该技术如何促进临床实践中的精准医学治疗。

ScRNA-seq最早于 2009 年在一项以单细胞分辨率剖析转录组的研究中被报道，并逐渐成为人类癌症研究中用于解析疾病异质性的常用工具。ScRNA-seq 可提供单个肿瘤细胞分辨率的生物学信息，揭示肿瘤内基因表达异质性的决定因素，并确定肿瘤疾病形成的分子基础。典型的scRNA-seq方案包括：样品采集、单细胞分离、细胞裂解、逆转录、互补DNA（cDNA）扩增、文库构建、测序和数据分析等步骤（图1）。

图1 典型的scRNA-seq检测步骤

ScRNA-seq测序方案主要分为两类：全长转录本测序方法和 3'/5'-端转录本测序方法（基于标签的方法）。与3’-端或5’-端方案相比，全长scRNA-seq方法由于其优越的转录覆盖率而在异构体使用分析、等位基因表达检测和RNA编辑标记鉴定方面具有无可比拟的优势。然而，全长scRNA-seq方法与同期的基于标签的scRNA-seq技术相比更昂贵；因此，两类方法各有特点和优缺点（图2）。

图2 各种 scRNA-seq 方法的时间表和通量。散点图描述了每种技术的发表日期和测序通量。颜色表示不同的基因覆盖率。大小表示 scRNA-seq 方法每个测序细胞的成本

首先，作者从scRNA-seq在肿瘤异质性、肿瘤微环境、循环肿瘤细胞、癌症干细胞和白血病干细胞、肿瘤发生和克隆进化、细胞互作、免疫监视和免疫逃逸、代谢重编程和转录网络调控等8个癌症研究相关的生物学问题进行了详述（图3）。

图 3  scRNA-seq 在人类癌症生物学中的应用

作者进一步具体阐述了scRNA-seq在人类高发的肺癌、结直肠癌、胃癌、肝癌、乳腺癌、食管癌、卵巢癌、黑色素瘤、白血病和淋巴瘤等肿瘤中的临床应用，包括诊断、分型、治疗及监测、耐药和预后等。

最后，作者对scRNA-seq 技术在癌症研究中进行了展望。未来，研究人员应重点关注降低价格、进一步改进单细胞分离技术、提高通量和测序深度、加强生物信息学分析，以及扩大样本应用范围如利用冷冻和福尔马林固定石蜡包埋（FFPE）组织，从而提高易用性和可及性。除了 scRNA-seq 技术自身的发展，scRNA-seq 还应与其他单细胞组学、空间转录组学、CRISPR/Cas9和人工智能技术等相结合，这将有助于人们对细胞发育、遗传变异、空间位置及其各种功能的理解。最后， scRNA-seq 应与临床需求相结合，为患者提供更好的个性化和精准治疗方案。