导语
GUIDE ╲
肺癌是人类肿瘤的头号杀手。虽然近年来靶向治疗和免疫治疗取得了突破性进展，但患者仍会出现耐药、免疫治疗无效等情况。在单细胞水平上研究可以精确了解患者体内、以及患者间的异质性，提高细胞差异性研究的分辨率，帮助更好指导治疗。
背景介绍
肿瘤周围的组织、免疫细胞、血管和细胞外基质共同组成了极其复杂的细胞生态系统，统称为肿瘤的微环境。而单细胞测序可以从单细胞精度上，了解基质细胞的异质性、以及基质细胞和肿瘤细胞是如何相互影响、互相博弈的。
今天小编为大家梳理一篇于2018年8月发表于Nature Medicine (IF:32.621)的文章，一起来看看肺癌微环境中的基质细胞突图谱。
数据介绍
- 单细胞测序数据（10x Genomics）:
入组5例未经治疗的NSCLC患者，其中2例腺癌，2例鳞癌，1例大细胞癌。采集每例患者的3份肿瘤组织样本、以及1份同一肺叶下远端正常肺组织样本，进行单细胞测序。
入组3例未经治疗的NSCLC患者作为验证集。
- 外部数据
TCGA数据库以及其它研究中的1572名NSCLC RNA-Seq数据及预后信息 (1027 LUAD 和 545 LUSC)。
结果解析
01
NSCLC细胞亚群聚类及注释
- 共获得了52,698个细胞，其中有39,323细胞来源于肿瘤; 13,375个来源于正常组织。
- 52,698个细胞中覆盖了约2000万个转录本。
- 利用2192个高变基因进行主成分分析，确定了8个不同的亚群：内皮细胞、成纤维细胞、B细胞、骨髓细胞、T细胞、肺泡细胞、上皮细胞、癌细胞。
- 进一步对每个亚群再次聚类，划分为52种不同的基质细胞亚群和12种癌细胞亚群。
02
TME中的内皮细胞簇
- 内皮细胞进一步划分为6个亚型：
- 淋巴管内皮细胞 (PDPN 和 PROX1)
- 血管内皮细胞 (FLT1 )
- 2个来源于肿瘤的内皮细胞 (IGFBP3 和 SPRY1 )
- 2个来源于非肿瘤的内皮细胞 (MT2A 和 EDNRB )
- 肿瘤来源的内皮细胞转录本表达丰度高于正常组织来源的转录本。
- 通路分析发现肿瘤来源的内皮细胞的代谢通路上调，而免疫活性的通路下调。其中下调的基因包括抗原呈递基因 (CCL2)、趋化基因 (ICAM1)以及免疫归巢基因(HLA-DQA1, HLA-DQB1)。该结果说明肿瘤内皮细胞受到免疫微环境的影响，下调抗原呈递和免疫细胞归巢活性，进而有利于肿瘤的免疫耐受。
- 在肿瘤的淋巴内皮细胞中，利用SCENIC的方法，发现了可能导致肿瘤特异性表型以及削弱免疫活性的基因调控对。
03
TME中的成纤维细胞簇
- 成纤维细胞可进一步划分为6个亚型：
- 肿瘤来源的细胞特异性表达了胶原蛋白和细胞外基质的分子(COL10A1,COL4A1)
- 而正常组织来源的成纤维细胞中有更高的弹性蛋白表达、较低的胶原蛋白表达
- 通路分析发现其中一个亚型具有上皮-间质转换(EMT)的特征，伴随着细胞外基质蛋白marker的高表达以及TGF-β基因的表达。
- 利用SCENIC寻找每个成纤维细胞亚型特异的基因调控对，FOXO1和MSC调控的基因在Cluster1中下调，而MEF2C和ELK3调控的基因在Cluster2中上调，说明不同来源的成纤维转录因子调控对的获悉不同，进而导致不同亚型的成纤维细胞有其特异的功能。
04
TME中的B细胞簇
- B 细胞可进一步划分为9个亚型：
- 滤泡型B细胞 (MS4A1, CXCR4, HLA-DRs)
- 浆细胞（immunoglobulin gamma）
- MALT边缘区B细胞 (immunoglobulins A,M, JCHAIN)
- 大部分的B细胞都来源于肿瘤。
- 在滤泡型B细胞亚群中，负责氧化磷酸化、细胞增殖以及生物产能的基因marker在肿瘤中表达减弱，而肿瘤相关的滤泡型B细胞转录本表达普遍更低，说明在肿瘤中滤泡B细胞出现了耗竭。
05
TME中的巨噬细胞簇
- 髓系细胞可进一步划分为12个亚群：
- 粒细胞 (S100A12 )
- 朗格汉斯细胞 (CD207 )
- 单核来源的树突状细胞 (FCGR3A ，CYTIP )
- 交叉呈递的树突状细胞 (CLEC9A ，XCR1 )
- CD163 和CD68 的巨噬细胞
- 大多数亚群的细胞都来源于非肿瘤组织。
- 朗格汉斯细胞簇在肿瘤和非肿瘤中数目类似。
- 通路分析在发现来源于肿瘤的巨噬细胞簇中炎症反应减弱、TNF-a诱导的细胞增殖能力不足，活性氧产生的通路下调，呈现出M2-like的巨噬细胞特征。
- 利用SCENIC，在肿瘤中发现了负责M2样巨噬细胞极化的基因调控对。
06
TME中的T细胞簇
- T细胞可进一步划分为9个亚群：
- Treg细胞 (FOXP3 )
- NK细胞及NKT细胞 (FGFBP2)
- CD8 T细胞 (CD8A )
- CD4 T细胞 (CD4 )
- 通路分析发现肿瘤来源的T细胞和正常组织来源的T细胞类似，都表现出糖酵解功能增加和氧化磷酸化功能减弱。
- CD8 T细胞的亚群中，表现出较强的增殖能力、移植排斥的反应，Myc活性等，且免疫检查点抑制剂的表达也较高。
07
TME中的肺泡（上皮）细胞簇
- 肺泡细胞可进一步划分9个亚群：
- I型肺泡上皮细胞 (AGER, CAV1)
- II型肺泡上皮细胞 (SFTPC, ABCA3)
- 棒状细胞 (SCGB1A1)
- 基底细胞 (KRT15)
- 其中I型肺泡上皮细胞、II型肺泡上皮细胞，以及呼吸道表皮细胞只肿瘤中出现。
08
基质细胞亚型与缺氧关联
- 缺氧与是肿瘤行为的表现，包括血管生成、转移、代谢重编程以及免疫逃逸。
- 研究人员进一步按照肿瘤的部位将样本分为：肿瘤核心区域、肿瘤边缘区域、以及中间区域。发现肿瘤核心区域有更多的癌细胞。
- 关注不同部位的缺氧情况，发现肿瘤核心区域表现出最强的缺氧现象，其次是中间部位、边缘部位。
- 将不同部位的肿瘤细胞与每种类型细胞数目做线性拟合，发现大多数的基质细胞亚型富集在肿瘤边缘，并且处于常氧的环境中。
09
基质细胞亚型关联临床信息
- 分析LUAD和LUSC中特异性的基质细胞亚型，发现LUAD来源于AT2的细胞而LUSC来源于基底细胞。
- 观察不同分析下，LUSC和LUAD的基质亚群特征，发现晚期的LUSC间质成分减少，而LUAD在不同分期下未发现明显规律。
- 通过TCGA数据库以及其它外部的RNASeq数据，发现在LUSC中基质marker基因的表达可以反映LUSC的预后状态。
- I型肺泡上皮细胞、呼吸道上皮细胞以及交叉树突状细胞的marker基因高表达预示着LUSC患者生存较差。而CD8 T细胞marker基因高表达反映了LUAD患者的生存较差。
小编总结
一张导图带您回顾文章的思路：
