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在近期《细胞》杂志的一篇论文开头，写着这样一句话：“只要有东西生存的地方，就会有一本已经打开用于记录时间的册子。”
这段话出自法国哲学家Henri Bergson于1911年所著的《创造进化论》。在一个世纪之后，魏茨曼科学研究所的科学家将其复述在了一篇生物学论文上，原因是他们认为记录时间是进一步研究生物学过程的关键。
比如现在单细胞测序技术的发展，让我们能够以更高分辨率和更大规模来测量细胞分子层面的状态，不过这种技术只能展示细胞在某个特定时间点的基因表达，无法详细描述时间维度上的细胞变化过程。
这一局限性也困扰着肿瘤研究领域的研究者。尽管肿瘤看起来会在一个地方不断生长、变大，但它们有着许多微环境的动态过程。具体来说，肿瘤中含有大量非肿瘤细胞，其中功能失调的免疫细胞可能占据了肿瘤总细胞数量的1/3到1/2。这些免疫细胞从功能完备，到浸润肿瘤中试图发挥作用，再到功能被抑制是一个随时间变化的过程。
为了从时间观察这些免疫细胞如何发生这些变化，定点的单细胞测序技术不能很好地反应全貌。为此，新研究提出了一种全新的Zman-seq技术，其中Zman一词来自希伯来语，代表“时间”的意思。
▲研究示意图（图片来源：参考资料[1]）
作者发现，淋巴细胞能够在循环系统中通过荧光分子标记，但是当它们进入到肿瘤中之后，则不会再被标记，这种性质让按照时间顺序标记淋巴细胞成为了可能。不过，为了体现先后顺序，作者需要挑选不同的荧光颜色，然后依次在循环系统中进行标记。
在标记过程中，作者需要确保荧光分子不会直接标记肿瘤组织本身，同时这些分子不能长时间停留在循环系统内，避免干扰下一个不同颜色的荧光分子标记。根据多次测试的流程，他们将整个染色周期控制在48小时内，其中每12小时在循环系统中释放一种颜色的荧光标记分子，最终会有4次标记过程。
▲研究按照时间标记免疫细胞，同时观察不同阶段免疫细胞发生了什么（图片来源：参考资料[1]）
随后，作者会将从肿瘤中获取的免疫细胞通过荧光激活细胞分选技术进行区分，然后观察不同阶段的免疫细胞发生了什么。在胶质母细胞瘤小鼠模型中，研究者测试了Zman-seq的实际效果，这类肿瘤的微环境中通常存在着异常的免疫抑制环境，同时也是治疗难度极高的肿瘤类型之一。
他们发现具有细胞毒性的自然杀伤细胞（NK细胞）会在进入到胶质母细胞瘤的24小时内转变成低毒性状态，此时肿瘤不会再被NK细胞攻击。与此同时，他们通过基因表达谱分析发现，一种关键的分化信号分子Trem2的表达会促使肿瘤中的单核细胞朝着肿瘤相关巨噬细胞转变，在36-48小时，免疫细胞的抑制性检查点分子Il18bp、Arg1会不断上升，这些变化暗示着免疫细胞的失活经历。
研究者指出，相比于现在单细胞测序技术根据不同参数在时间轴上排列，新方法更具连续性，结果也要更能反应真实情况。这一技术可以帮助我们在未来找到更多在肿瘤中发挥负面作用的免疫抑制机制，同时癌症患者接受治疗的期间，也可以利用这种方式追踪免疫细胞的动态变化，以此判断疗法的效果。
参考资料：
[1] Time-resolved single-cell transcriptomics defines immune trajectories in glioblastoma, Cell (2023). DOI: 10.1016/j.cell.2023.11.032. www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(23)01317-X
[2] Back to the future: Scientists develop the first method to measure cellular changes in the body over time. Retrieved December 25, 2023 from https://phys.org/news/2023-12-future-scientists-method-cellular-body.html
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