單細胞剖析肺腺癌和肺鱗狀細胞癌不同的免疫特征
01
川大李為民/張莉/王成弟團隊：單細胞剖析肺腺癌和肺鱗狀細胞癌不同的免疫特征
免疫治療在非小細胞肺癌治療中具有重要的地位，但是由于免疫異質(zhì)性，特定形式的免疫治療是否對不同的患者有效很難預測。雖然腫瘤微環(huán)境中有多種治療反應(yīng)的預測因子，但免疫細胞作為TME的重要組成部分，其異質(zhì)性對免疫治療效果的影響不可小覷。腺癌 (LUAD) 和肺鱗癌 (LUSC) 是NSCLC的兩大亞型，了解其免疫微環(huán)境差異可能有助于制定不同治療策略。
本文由四川大學李為民/張莉/王成弟團隊發(fā)表在Signal Transduction and Targeted Therapy上，該研究利用單細胞RNA測序?qū)?9例NSCLC患者（LUAD: n=10；LUSC: n=9）的40個腫瘤和匹配的相鄰正常組織的72,475個免疫細胞進行了測序，繪制了系統(tǒng)的免疫細胞轉(zhuǎn)錄組圖譜�；诎┌Y基因組圖譜（TCGA）對不同細胞組成、差異表達基因（DEG）、細胞-細胞相互作用、假時間軌跡、轉(zhuǎn)錄組因子和預后因子進行聯(lián)合分析，揭示了細胞毒性和效應(yīng)T細胞和NK細胞以及不同功能巨噬細胞（Mφ）亞型在LUAD和LUSC之間的免疫微環(huán)境異質(zhì)性中的核心作用。Mφ在LUAD中的優(yōu)勢亞型為FABP4-Mφ，在LUSC中的優(yōu)勢亞型是SPP1-Mφ。重要的是，該研究鑒定了一種新的淋巴細胞相關(guān)Mφ簇，命名為SELENOP-Mφ，并進一步確定了其在兩種亞型中的抗腫瘤作用，特別是在LUAD中。
該研究對免疫異質(zhì)性和Mφ簇定義的全面描述有助于在臨床實踐中為肺癌患者設(shè)計個性化治療。
02
單細胞轉(zhuǎn)錄組+免疫組庫（TCR）+空間轉(zhuǎn)錄組：干細胞樣腫瘤細胞的Midkine表達驅(qū)動mTOR抑制和免疫抑制微環(huán)境的持續(xù)
結(jié)節(jié)性硬化綜合癥（TSC）是一種常染色體顯性疾病，其由腫瘤抑制基因TSC1和TSC2的功能喪失性突變引起。TSC1或TSC2基因片段的缺失會導致mTORC1過度活躍，并推動多個器官的腫瘤生長。且mTORC1被證明在多種癌癥類型中異�；钴S。
此研究對結(jié)節(jié)性硬化綜合癥 (TSC) 與mTORC1極度活躍相關(guān)的腫瘤進行了單細胞轉(zhuǎn)錄組分析、配對T細胞受體 (TCR) 測序和空間轉(zhuǎn)錄組分析，并通過腫瘤調(diào)節(jié)的免疫抑制性巨噬細胞確定了一種與T細胞功能障礙有關(guān)的干細胞樣腫瘤細胞狀態(tài)（SLS）。雷帕霉素及其衍生物 (rapalogs) 是治療TSC腫瘤的主要藥物，干細胞樣腫瘤細胞在體外表現(xiàn)出雷帕霉素耐藥，這讓研究者聯(lián)想到這些藥物對患者細胞的抑制作用。促血管生成因子midkine (MDK) 在SLS群體中高度表達，并在SLS優(yōu)勢樣本中與內(nèi)皮細胞的富集相關(guān)。MDK抑制與雷帕霉素在體內(nèi)外協(xié)同抑制TSC細胞系的生長。
綜上所述，本研究提示mTORC1高活性的干細胞樣狀態(tài)腫瘤細胞通過免疫抑制，存在一種自分泌雷帕霉素耐藥機制和旁分泌腫瘤生存機制。
03
單細胞轉(zhuǎn)錄組發(fā)現(xiàn)B細胞在結(jié)直腸癌肝轉(zhuǎn)移中的作用機制
結(jié)腸癌肝轉(zhuǎn)移的治療已成為世界醫(yī)學難題，其肝轉(zhuǎn)移機制尚不清楚，并且由于左半結(jié)腸和右半結(jié)腸胚胎來源、解剖結(jié)構(gòu)、生理功能等不同，左半、右半結(jié)腸癌表現(xiàn)出很大的異質(zhì)性。左半結(jié)腸癌和右半結(jié)腸癌肝轉(zhuǎn)移的治療方案、患者預后也不同，然而，目前對于結(jié)腸癌肝轉(zhuǎn)移，以及左半結(jié)腸、右半結(jié)腸癌肝轉(zhuǎn)移之間的免疫微環(huán)境研究仍較為缺乏。
本文利用單細胞測序技術(shù)比較了結(jié)腸癌肝轉(zhuǎn)移和無轉(zhuǎn)移患者原發(fā)灶的免疫微環(huán)境構(gòu)成，發(fā)現(xiàn)B細胞及其亞群活化B細胞在肝轉(zhuǎn)移患者結(jié)腸癌原發(fā)灶樣本中顯著減少，其浸潤情況與預后好壞顯著相關(guān)，B細胞分化軌跡分析，發(fā)現(xiàn)在左半結(jié)腸癌和右半結(jié)腸癌肝轉(zhuǎn)移中，B細胞分化過程不同，并發(fā)現(xiàn)了一群活化B細胞分化的漿細胞，這群細胞與肝轉(zhuǎn)移密切相關(guān)，命名為iMPA (immature plasma cell population alpha)，這群細胞的特征是只表達IgG重鏈，因此作者創(chuàng)建了IgG重/輕鏈比例的評分，該評分不僅與結(jié)腸癌肝轉(zhuǎn)移相關(guān)，也揭示了左右半結(jié)腸癌的異質(zhì)性。在小鼠肝轉(zhuǎn)移模型中也證實了活化B細胞可以顯著抑制肝轉(zhuǎn)移，抑制腫瘤細胞的Wnt和TGFβ通路可以促進活化B細胞遷移，增強其抗腫瘤能力。
該文章首次揭示了B細胞在結(jié)直腸癌肝轉(zhuǎn)移過程中的作用和機制，為結(jié)直腸肝轉(zhuǎn)移的預防和治療提供了可能性。
04
干細胞信號通路操縱及單細胞測序建立人類胚胎心臟多譜系發(fā)育圖譜
哺乳動物的心臟包含多種不同種類心肌細胞，小鼠模型早期研究發(fā)現(xiàn)不同種類的心肌細胞來源于不同的譜系，這些不同的心肌亞型受到多種腔室特異性心血管疾病影響，但是詳細的人類胚胎心臟發(fā)育圖譜還未被闡述。
本文研究人員基于小鼠中胚層單細胞轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)BMP和Nodal signaling pathways 在F 第一生心區(qū) (FHF) 和第二心生區(qū) (SHF) 特異表達，通過操縱這兩個信號通路，利用人hPSC誘導分化FHF，aSHF和pSHF，對他們進行單細胞測序，同時也對中胚層細胞中分化出不同種類的子細胞進行單細胞測序，發(fā)現(xiàn)BMP和retinoic acid signaling作用于不同譜系的子細胞，通過分階段操縱特定信號通路，分化出表達關(guān)鍵分子特征和電生理特征的心肌細胞群亞型，并將它們與相對應(yīng)的小鼠以及人類細胞轉(zhuǎn)錄組的整合分析，發(fā)現(xiàn)多功能干細胞分化而來的心肌細胞群亞型與這些動物體內(nèi)細胞高度相似。
本文建立了一個全面的人類胚胎心臟多譜系發(fā)育圖譜，提供了多種體外胚胎心臟細胞分化的方法。
05
單細胞轉(zhuǎn)錄組助力結(jié)直腸癌分子分型
目前大多數(shù)癌癥的分子亞型分類是基于批量組學分析的，結(jié)直腸癌也不例外，但是使用批量組學測量異質(zhì)性組織中的總基因表達，會掩蓋不同組分細胞的轉(zhuǎn)錄組、比例以及腫瘤微環(huán)境的相互作用，基于高分辨率的單細胞組學是一個可以對組織進行深入解析的技術(shù)。
本文研究者整合了來自63名患者的141個結(jié)直腸癌樣本、39個臨近的正常組織樣本以及9個淋巴結(jié)樣本的單細胞轉(zhuǎn)錄組，構(gòu)建了迄今為止最大的結(jié)直腸癌單細胞數(shù)據(jù)庫。該數(shù)據(jù)庫中包含了373,058個單細胞圖譜。由于上皮細胞是大多數(shù)癌組織的來源，且在結(jié)直腸癌中上皮細胞多樣性仍不清楚，因此本文將目標定位到其中49,155個上皮細胞中。通過基因表達分析發(fā)現(xiàn)兩種不同的腫瘤亞型，分別稱為iCMS2和iCMS3，并且95%的腫瘤都屬于單分類，然后將iCMS標記基因提取出來在15個原發(fā)性腫瘤數(shù)據(jù)庫中的轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)中進行驗證，發(fā)現(xiàn)這些上皮細胞特征可以有效的對批量轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)進行分型。進一步對不同上皮亞型中癌癥信號通路和腫瘤微環(huán)境進行分析，發(fā)現(xiàn)iCMS2腫瘤中WNT通路中的基因傾向于上調(diào)，iCMS3腫瘤則顯示不同的WNT突變，以及與MAPK信號通路上調(diào)相關(guān)更多的KRAS，PIK3CA和BRAF突變，并且iCMS3腫瘤存在更明顯的成纖維細胞增加以及髓系細胞以及內(nèi)皮細胞特征下降。最后，通過內(nèi)源性上皮亞型、微衛(wèi)星不穩(wěn)定狀態(tài)以及纖維化特征，研究者對結(jié)直腸癌進行了新的分型，為病人的治療方案構(gòu)建、預后分析等提供了新的分型工具。
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