芯周刊·第26期 | 单细胞+空间转录组测序:揭示不同的肿瘤类型中癌细胞的出现机制及其与肿瘤微环境间的相互作用

01

肿瘤免疫治疗与内皮细胞的HEV转化形成正反馈调节促进抗肿瘤效应

免疫治疗的主要障碍是肿瘤组织缺乏T细胞浸润,三级淋巴结构(TLS)是机体针对肿瘤形成的局部免疫反应,与良好的预后相关,但是我们对于TLS是如何形成的知之甚少,而在肿瘤相关的TLS中B和T细胞的高度变异性,有研究表明抗血管生成治疗能够诱导富含T细胞的肿瘤相关高内皮静脉(TU-HEVs),而HEV主要存在于淋巴结中,对于TU-HEV是如何产生的、具有什么生物学特性还了解较少。

本文研究者首先利用单细胞转录组分析了PyMT小鼠的CD45-CD31+MECA79+TU-HEVs,外周淋巴结LN-HEVs,以及CD45-CD31+MECA79-TU-ECs三组内皮细胞,首先亚型分析可以将其分为五种内皮细胞亚型:炎症型HEV,稳态型HEV,TU-EC、分裂型EC和少量淋巴型EC,而TU-EVC表现出TU-EC和LN-HEV的混合表型,并且有三种独特的表达模式,体现了其复杂性,并通过IFNg阻断发现IFNg导致了TU-HEV和LN-HEV之间的差异,在任何小鼠乳腺癌中也确定了基因表达模式的保守性,接着研究者利用CytoTRACE分析发现肿瘤毛细血管后微静脉TU-PVC具有转化为TU-HEV的可塑性,TU-EC化生为TU-HEV依赖于免疫治疗诱导的信号,而免疫治疗在HEV的形成和淋巴细胞浸润中是必须的,基于以上结果,作者推测HEV可以和聚集的淋巴细胞形成一种反馈机制。然后进一步研究发现TU-HEV不仅能促进淋巴细胞浸润,同时也是TCF1+CD8+祖细胞的扩增提供壁龛,促进了细胞毒性效应CD8+T细胞的产生,而在治疗中具有TU-HEV的患者对免疫检查点抑制剂的反应性更好。

本研究为提高肿瘤免疫治疗效果提供了新的作用靶点。

  

02

健康人类肾脏的单细胞分析揭示了基于性别的转录程序和组织特异性免疫的特征

肾脏维持机体内稳态的复杂功能是由分布在不同区域的各种特化实质细胞执行的。由于缺乏获得健康、新鲜组织的途径,对人体肾实质和常驻免疫细胞网络的了解有限。

在此研究中,研究者展示了来自19个活体供体的健康人类肾脏的单细胞图谱(9例男性和10例女性),分析了27677个高质量细胞的转录组。研究者基于性别几乎平衡的数据集揭示了近端小管细胞内基因表达的性别差异,特别是女性抗氧化金属硫蛋白基因的增加和男性有氧代谢相关基因的优势。研究证实,男性和女性近端小管细胞在代谢功能上存在差异,男性细胞表现出更高的氧化磷酸化水平和更高水平的能量前体代谢产物。在免疫生态位内,研究者鉴定了具有独特转录谱的肾特异性淋巴细胞群,表明肾适应功能,并通过流式细胞术验证了此发现。研究者观察到髓系细胞群的显著异质性,并确定MRC1+LYVE1+FOLR2+C1QC+细胞群为健康肾脏的主要髓系细胞群。

这项研究提供了健康人类肾脏的详细细胞图谱,揭示了对肾实质细胞和肾内免疫群体复杂性的新见解。

  

03

多区域肝癌组织单细胞测序揭示肿瘤与免疫细胞稳定的锁-钥特点

在大部分实体肿瘤中都存在高度的异质性,这种异质性会影响病人的总体生存期和免疫治疗的疗效,肿瘤内异质性(ITH)可能是由于肿瘤细胞的进化及其与肿瘤微环境的持续相互作用共同驱动肿瘤发生的结果,目前尚不清楚采样偏差是否会影响观察到的肿瘤生态系统和每个肿瘤内的相关ITH以及由此产生的数据解释,或者肿瘤组成是否相对稳定,具有安全的肿瘤通信网络和支持肿瘤恶性肿瘤的TME。

在这项研究中对7名肝癌患者的HCC和iCCA多区域进行单细胞测序,t-SNE分析显示不同区域的恶性细胞都会形成患者特异性簇,而不同病例相邻正常组织的非恶性上皮细胞则混合在一起,表明区域间异质性比肿瘤间异质性小得多,RNA速率分析也揭示了同一患者不同区域种细胞的进化轨迹相似,而在不同病人中表现出不同的细胞干性相关基因,通过细胞互作分析恶性细胞和每个患者体内TME的配体-受体相互作用,获得了类似的结果,即同一病人,无论采样位置如何,分子通讯网络相对稳定,而不同患者则表现出独特的细胞间通讯网络。后续分析发现这种不同病人间受体配体相互作用的特异性主要是肿瘤细胞的异质性造成的。后续对37例病人的46个肿瘤样本进行单细胞转录组测序,发现这种特异的互作和病人的生存周期有直接关系,例如,LGALS9-SLC1A5和SPP1-PTGER4对主要由恶性细胞和TAM的通讯贡献,病人的总体生存周期显著降低,进一步在258例病人的肝癌样本中进行原位成像,发现LGALS9和SLC1A5趋向于富集在同一区域,SPP1和PTGER4也有明显的共同富集现象,表明了肿瘤细胞和巨噬细胞间相互作用对于病人生存周期的影响。总之,该文章解析了肿瘤多个采样区域的异质性,并揭示了肿瘤细胞和免疫细胞相互作用对肿瘤异质性以及病人总体生存期的影响,为肝癌治疗提供了新的思路。

  

04

单细胞+空间转录组测序:揭示不同的肿瘤类型中癌细胞的出现机制及其与肿瘤微环境间的相互作用

本研究对15种癌症类型进行了泛癌症单细胞RNA测序分析,并确定了一个基因模块目录,其表达定义了反复出现的癌症细胞状态,包括"压力"、"干扰素响应"、"上皮-间质转化"、"金属响应"、"基质"和"纤毛"。空间转录组分析将癌细胞的干扰素响应与肿瘤微环境中的T细胞和巨噬细胞联系起来。利用小鼠模型,研究者进一步发现,干扰素响应模块的诱导因肿瘤位置而异,并且在消除淋巴细胞后会减弱。这项工作提供了一个框架,可用于研究癌细胞状态如何与肿瘤微环境相互作用,形成有组织的系统,进而能够进行免疫规避、耐药和转移。

  

05

衰老人群脑脊液免疫失调--阿尔茨海默症认知障碍的罪魁祸首

神经炎症是与年龄相关的神经退行性疾病的病理标志,而脑脊液(CSF)是大脑免疫与外周循环系统互相作用的场所。最近的研究表明,脑脊液向颅骨骨髓的免疫细胞提供分子线索,以改变小鼠脑脊液中的髓系细胞群,然而在人类衰老调控脑脊液免疫系统的分子机制,以及脑脊液免疫如何随着年龄增长或神经变性疾病而改变仍然不清楚。

在该研究中通过单细胞RNA测序分析了45位健康个体老年人脑脊液样本,发现随着年龄增长,免疫细胞变得更加活跃导致炎症,而且单核细胞的脂类转运基因明显上调。接下来对14位认知障碍老年人的脑脊液样本进行单细胞RNA测序,发现与健康人相比,认知障碍患者单核细胞脂质转运基因的下调与CD8 T细胞的细胞因子信号转导改变同时发生。克隆扩增的CD8+效应性记忆T细胞中CXCR6上调,而脑脊液中CXCR6的配体CXCL16上调,在阿尔茨海默氏症病人的淀粉样斑块中也定位到了CXCR6+T细胞和CXCL16+髓系细胞,表明CXCL16-CXCR6信号通路是抗原特异性T细胞进入大脑的关键。结合GWAS结果,在单细胞结果中也确定了一组在T细胞中变化明显的阿尔茨海默症高危基因,因此得出如下结论:认知障碍患者退化的大脑通过激活了抗原特异性T细胞,使它们自我克隆并进入大脑,但这些细胞原本并不属于脑组织,因此很可能对大脑造成损伤。如果事实的确如此,那么就能找到一种治疗认知障碍的策略——阻断CXCL16信号或抑制CXCR6受体。

本文确定了认知障碍与疾病相关神经炎症质检的相关性。

  

参考文献:

[1] Hua Y, Vella G, Rambow F, Allen E, Antoranz Martinez A, Duhamel M, Takeda A, Jalkanen S, Junius S, Smeets A, Nittner D, Dimmeler S, Hehlgans T, Liston A, Bosisio FM, Floris G, Laoui D, Hollmén M, Lambrechts D, Merchiers P, Marine JC, Schlenner S, Bergers G. Cancer immunotherapies transition endothelial cells into HEVs that generate TCF1+ T lymphocyte niches through a feed-forward loop. Cancer Cell. 2022 Dec 12;40(12):1600-1618.e10. doi: 10.1016/j.ccell.2022.11.002. Epub 2022 Nov 23. PMID: 36423635.

[2] McEvoy CM, Murphy JM, Zhang L, Clotet-Freixas S, Mathews JA, An J, Karimzadeh M, Pouyabahar D, Su S, Zaslaver O, Röst H, Arambewela R, Liu LY, Zhang S, Lawson KA, Finelli A, Wang B, MacParland SA, Bader GD, Konvalinka A, Crome SQ. Single-cell profiling of healthy human kidney reveals features of sex-based transcriptional programs and tissue-specific immunity. Nat Commun. 2022 Dec 10;13(1):7634. doi: 10.1038/s41467-022-35297-z. PMID: 36496458; PMCID: PMC9741629.

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