●期刊：Chemical Science
●发表时间：2022
●2022年影响因子/JCR分区：9.969/Q1
前言
细胞间的相互作用对于细胞间的信号传递和维持其从单细胞水平到组织的正常功能至关重要。在肿瘤研究中，药物敏感细胞（Drug-sensitive cell）和耐药细胞（Drug-resistant cell）之间的相互作用在肿瘤化疗耐药性的发展中起着重要作用。由于代谢物直接反映细胞的当前状态，通过对代谢组学研究能够深入了解细胞间的交流原理。
摘要
本文利用单细胞代谢质谱技术对耐药细胞及其耐药机理进行了系统研究。药物敏感细胞（通过慢病毒载体转导产生的直结肠癌HCT116细胞，HCT116-GFP）和耐药细胞（抗伊立替康的HCT116细胞，IRI-HCT116）建立了直接共培养系统（Direct co-culture），并且结合单细胞质谱分析（single cell mass spectrometry）与荧光显微镜研究了细胞间相互对于不同类癌细胞的影响。
研究结果
1. 共培养系统中细胞代谢组学谱的变化
对五组不同的细胞进行了SCMS实验，包括单培养（HCT116、HCT116-GFP和IRI-HCT116）和共培养（HCT116-GFP和IRI-HCT116）细胞。每组约30个细胞进行分析，得到的数据进行预处理和统计分析，提取分子信息（图4）。
在第二批SCMS实验中，研究了正负离子模式下的直接共培养以及单培养的IRI-HCT116和HCT116-GFP细胞的代谢组。正离子模式的PCA结果表明，IRI-HCT116细胞通过细胞间相互作用显著改变了HCT116-GFP细胞的代谢谱（图4A）。HCT116-GFP和IRI-抗性细胞在直接共培养后都倾向于表现出更多的代谢组学特征相似性。
为了提高细胞代谢产物的检测覆盖率，进行了第三批SCMS实验，即在负离子模式下对直接共培养和单培养中的IRI-HCT116和HCT116-GFP细胞进行分析。与正离子模式观察到的趋势类似，在负离子模式中检测到的代谢物表明，IRI-HCT116和HCT116-GFP细胞在共培养后往往表现出越来越多的相似性（图4B）。
2. 耐药细胞传播耐药性的潜在代谢机制
在目前的研究中，我们检测了从邻近的耐药细胞获得耐药后，药物敏感细胞中的脂质重编程。脂质是细胞膜的主要成分，是转运体的信号传递平台，它控制着细胞膜的结构和通透性。我们的正离子模式结果表明，与单培养HCT116-GFP细胞相比，共培养HCT116-GFP细胞的脂质变化主要归因于显著上调的鞘磷脂（SMs）（图5A）。
从负离子模式的结果中可以获得额外的信息（图5A）。细胞间通讯也可能通过TCA循环、氨基酸代谢和脂肪酸表达等其他途径诱导耐药。例如，HCT116-GFP细胞与IRI-HCT116细胞共培养后，TCA循环代谢中的两个小分子琥珀酸和富马酸显著下调。琥珀酸和富马酸也被归类为肿瘤代谢物，其下调与顺铂耐药细胞的耐药发展密切相关。被抑制的TCA循环促使癌细胞更多地依靠糖酵解来获取能量，从而产生更多的乳酸（图5B）。事实上，乳酸的积累与癌症抵抗和恶性肿瘤的增加有关。氨基酸代谢也与癌症耐药的发展有关。例如，胱氨酸转运系统的过度表达有助于癌细胞降低药物敏感性。
总结此文章通过单细胞代谢质谱技术研究不同类型细胞之间由于细胞-细胞直接相互作用而引起的细胞代谢变化。这种方法允许对在相同条件下生长的不同类型的活细胞进行环境单细胞代谢组学研究，并与细胞直接接触。在间接（无细胞-细胞接触）和直接（有细胞-细胞联系）的共培养系统中，发现对药物敏感的癌细胞具有了显著上调的耐药水平。药物敏感的癌症细胞往往通过直接共培养获得与耐药细胞相似的代谢产物，如鞘磷脂和乳酸会发生上调以及TCA代谢物会发生下调。
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