膀胱癌发病率高,且容易复发和转移,对患者造成身心损害和经济负担。但目前的治疗方法无论是手术切除、化疗还是免疫治疗等都效果有限,疗效也因人而异。这其中的一个重要原因是肿瘤异质性。肿瘤内异质性是肿瘤生存与演化的重要机制,已被确定与大多数类型癌症包括膀胱癌在内的患者生存及预后相关。因此研究膀胱癌进展过程中的异质性,鉴定造成膀胱癌进展过程中的关键分子和细胞亚群,对膀胱癌患者的预后判断及精准治疗尤为重要。传统的测序技术只针对大量组织样本的混合状态,而忽略了样本内可能存在多种不同细胞的问题。单细胞转录组测序技术则针对这一瓶颈,提供组织内单个细胞状态的信息,是探索肿瘤内异质性的关键技术。膀胱癌细胞异质性是肿瘤生存及预后的关键因素,但膀胱癌单细胞研究样本数量有限,而且缺乏相对应的临床预后信息。针对于该问题,本项研究将单细胞分析与大批量含临床信息的膀胱癌数据进行整合,探索膀胱癌谱系多样性及其预后意义。我们对公共数据库12,424个正常膀胱细胞进行了单细胞测序分析,并鉴定出11种细胞类型和5种上皮亚群,包括基底细胞、中间细胞、伞状细胞、TNNT1+上皮细胞和EMT-like细胞,构建了一个完整的膀胱单细胞转录组图谱。然后使用反卷积分析来推算膀胱癌批量转录本RNA-seq队列中的膀胱癌上皮谱系组成,探索膀胱癌的细胞谱系状态。基于膀胱癌瘤内异质性,我们整合了肿瘤细胞谱系和批量数据集如TCGA、MSKCC和GEO数据库的临床数据,研究肿瘤细胞谱系与肿瘤发生发展与患者预后的关系,并进一步确定了具有临床意义的癌症亚型。我们发现,膀胱癌早期患者体内伞状细胞数量较多,而进展至晚期后EMT-like细胞数量明显增多。此外,高级别肿瘤中EMT-like亚型的比例高于低级别肿瘤。同样,在生存分析中,EMT-like亚型与不良预后相关,伞状细胞亚型与较长生存时间相关。EMT-like亚型基因广泛富集于细胞迁移、TNFA信号转导、血管生成、低氧等致癌因子相关途径;伞型亚型基因广泛富含于免疫效应证明、细胞因子应答、抗原处理和递呈、IL2和STAT5信号转导等免疫相关通路,这些因子均与肿瘤抑制有关。这些生物学过程解释了癌症谱系如何指导肿瘤进展和患者预后的内部机制。综上所述,该研究使用单细胞转录组测序技术展示了正常膀胱单细胞图谱,并与批量转录组数据结合,揭示了细胞亚型和肿瘤谱系之间的关系,并确定了具有重要预后意义的癌症亚型,对膀胱癌的准确治疗提供了新思路。