Cell | 单细胞测序对肿瘤浸润髓系细胞的泛癌细胞图谱的全面解读
背景
材料方法
研究结果
1. scRNA-seq分析揭示了15种癌症类型中的髓系细胞
图一 不同癌症类型中髓细胞亚群的鉴定
作者通过对210名患者的380个骨髓样本进行scRNA-seq数据分析，基于典型细胞标记识别出四种常见的主要细胞系(肥大细胞、pDCs、cDC、单核细胞/巨噬细胞)。此外，cDC和单核/巨噬细胞可以进一步划分为多个亚群。在cDC中发现了三个不同的亚群(图1E)，包括两个经典的cDC亚群和一个成熟的cDC亚群。ESCA中单核/巨噬细胞进一步聚类产生了6个具有特定基因的亚群，包括两组单核细胞和四组巨噬细胞。值得注意的是，在CRC和骨髓瘤中，作者发现了一个中间单核细胞亚群，这可能由于血液中含有大量的单核细胞。与cDC和单核细胞相比，不同肿瘤类型的巨噬细胞亚群也表现出更高的异质性(图1F)。通过两项独立研究所组成的四种癌症类型(图1G)进一步验证了作者聚类识别的合理性。
2. 肥大细胞在不同类型的癌症中表现出不同的功能潜力
图二 不同癌症类型中主要骨髓细胞谱系的特征
通过整合15种癌症类型的大量髓系细胞，作者发现不同癌症类型中每个主要谱系的平均转录组之间具有相似性。接下来，作者检查了每种肿瘤类型主要谱系的组成(图2B)，结果发现TIMs中，四种常见的主要细胞系所占的比例各不相同，其中在不同的肿瘤中，肥大细胞的比例表现出戏剧性的变化。进一步检查了肥大细胞的组织分布，发现在大多数癌症类型中，肿瘤组织中肥大细胞比例较高，支持肥大细胞在肿瘤中积累。同时还发现肥大细胞在相邻正常子宫中增加，这证实了肥大细胞可能与生殖过程有关。有趣的是，在UCEC中，肿瘤组织的肥大细胞中TNF的表达低于非肿瘤组织的肥大细胞(图2C)。据报道，肥大衍生的TNF在DC功能和T细胞启动中发挥关键作用，这有利于抗肿瘤能力。
3. 广泛存在的LAMP3 + cDC具有不同发育起源
图三 不同癌症类型中cDC亚群的特征
其次，作者关注cDC的异质性和功能，发现不同肿瘤类型中的cDC亚群具有较高的相似性（图3A/B），表明每个cDC亚型的转录组状态是由发育决定的，受癌症类型的影响相对较小。作者鉴定了15种癌症类型中的代表HCC子集的LAMP3 + cDC(图1F和3A)，通过利用IHC进一步证实了它们广泛存在于TME中。总之，这些发现表明LAMP3 + cDCs代表成熟的cDCs，广泛存在于多种肿瘤中，暗示了它们在TME中不可或缺的作用。
4. cDC2亚群在肿瘤中的变异
图四 肿瘤中cDC2亚群的特征
作者利用scRNA-seq数据来研究cDC2的异质性。研究发现，cDC2在4个DC群体中异质性最高(图4A)。无偏差聚类后共产生6个具有特定特征基因的cDC2簇。然后，使用SCENIC检查了每个cDC2子集的调控网络，并为每个cDC2子集确定了特定的TF调控子(图4E)。这些分析确定了驱动每个cDC2亚群表型差异的可能候选细胞，并有助于阐明这些细胞的异质性和功能。
5. 巨噬细胞亚群在不同肿瘤类型中表现出不同的转录组模式
图五 不同癌症类型中单核细胞和巨噬细胞亚群的特征
为了比较单核细胞和巨噬细胞亚群之间的关系，作者进行了如上所述的相似性分析。来自不同癌症类型的CD14 +和CD16 +单核细胞聚集成主要由组织来源分开的两个分支(图5A)，表明单核细胞亚群受局部组织生态系统的影响较小。此外，肿瘤浸润单核细胞具有表达更高水平的炎症因子和趋化因子(IL1B, CCL4, CXCL2和CXCR4)，细胞生长调节因子(AREG和EGR1)，组织常驻标记物(NR4A1, NR4A2, NLRP3)和核因子kB (NF-kB)信号基因(NFKB1和NFKBIA)。
值得注意的是，相似性分析未能将不同癌症类型中具有相同特征的巨噬细胞亚群准确聚在一起(图6A)，表明巨噬细胞亚群表现出高度的复杂性，这可能与局部组织微环境对巨噬细胞的主导作用有关。同样，根据最近发表的文章中强调的标记基因SPP1和C1QC的表达，发现SPP1在CRC和乳腺癌(BRCA)中倾向于与C1QC相互排斥，但在UCEC的一个亚组中与C1QC共同表达。因此，来自不同癌症类型的巨噬细胞亚群显示出异质转录组模式，需要单独分析以更好地描述它们的特性。
接下来，我们根据Ro/e分析定量了巨噬细胞亚群的组织富集(图5B)。多种癌症类型中的LYVE1 +巨噬细胞优先富集于非癌症组织，类似于报道的组织驻留间质巨噬细胞。同样，NLRP3 +巨噬细胞也在非癌组织中富集，可能代表了一簇促炎TRMs。此外，我们还发现了几个肿瘤富集的巨噬细胞亚群，这些亚群被标记为肿瘤相关巨噬细胞(TAMs)，包括SPP1 + TAMs(图5C)、C1QC + TAMs、ISG15 + TAMs和FN1 + TAMs。ISG15 + TAMs上调多个干扰素诱导基因，而SPP1 + TAMs和C1QC + TAMs类似于最近描述的CRC中TAMs的二分类功能表型。我们进一步通过多色免疫组化证实了THCA中存在SPP1 + TAMs，肾癌(肾)中存在FN1 + TAMs。
本研究利用大量样本检验了与不同TIM成分相关的多个因素。首先，在泛癌收集中探索了TIM成分和体细胞突变谱之间的关系，并发现了几个与髓细胞亚群比例相关的体细胞突变基因。值得注意的是， LAMP3 + cDC的比例与MUC4突变之间的负相关关系(图6B)， MUC4基因已知通过调节肿瘤细胞凋亡与肿瘤进展相关。此外，还发现肿瘤中细胞凋亡和炎症反应通路的突变与LAMP3 + cDCs的比例相关。值得注意的是，AXL与多种癌症进展有关，它是炎症反应通路中的突变基因之一，优先由cDC2和C1QC + TAMs表达。
作者还研究了TIM亚群的比例与肿瘤组织中基因上调的相关性，以揭示5种癌症类型中TIM可能的调节因子。其中PYCR1基因的表达与SPP1 +巨噬细胞的比例呈正相关(图7E)。PYCR1编码一种参与脯氨酸生物合成的酶，在肿瘤组织中表达上调，但在THCA的CD45 +免疫细胞中未检测到。由于脯氨酸在维持细胞氧化还原平衡和防止细胞凋亡方面的作用，PYCR1正成为一个有吸引力的肿瘤靶点。THCA中PYCR1表达与SPP1 +血管生成相关巨噬细胞之间的关系可能强调了SPP1 +血管生成相关巨噬细胞潜在的促肿瘤作用。
讨论
肿瘤浸润髓系细胞(TIMs)是肿瘤进展中的关键调控因子，但它们在不同肿瘤中的异同性仍然是未知的。本研究泛癌分析，确定了不同癌症类型的TIMs的不同特征。研究发现，鼻咽癌中的肥大细胞与预后效果相关，并通过高水平的TNF+ /VEGFA +细胞来抑制抗肿瘤表型。通过系统比较cDC1-和cDC2-来源的LAMP3 + cDCs，发现它们在转录因子和外部刺激方面存在差异。此外，促血管生成肿瘤相关巨噬细胞(TAMs)在不同癌症类型中具有不同的标记，TIMs的组成似乎与体细胞突变和基因表达的某些特征有关。研究结果提供了高度异质性TIMs的系统观点，并为合理的、靶向的免疫治疗提供了途径。
文献下载：
https://international.biocloud.net/zh/article/detail/33545035
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