2022年初首都醫(yī)科大學(xué)宣武醫(yī)院神經(jīng)外科陳贊團(tuán)隊(duì)和中國(guó)國(guó)際神經(jīng)科學(xué)研究所實(shí)驗(yàn)室在?Cancer Immunol Immunother?發(fā)表論文，利用單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測(cè)序描繪了脊索瘤的轉(zhuǎn)錄組學(xué)景觀。該研究旨在評(píng)估脊索瘤的腫瘤異質(zhì)性并確定其潛在治療靶點(diǎn)。該研究中的單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測(cè)序服務(wù)由博奧晶典提供。

【發(fā)表期刊】Cancer Immunol Immunother

【發(fā)布時(shí)間】2022年1月

【影響因子】6.968

【檢測(cè)技術(shù)】10x Genomics?單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測(cè)序

研究背景

脊索瘤是一種罕見(jiàn)的、侵襲性的和局部侵襲性骨腫瘤。脊索瘤分子靶向治療（MTT）的臨床研究已經(jīng)確定了一些潛在的治療靶點(diǎn)（PDGFR、EGFR、HER2、VEGFR?等），但治療效果有限。當(dāng)前還缺乏對(duì)于脊索瘤中腫瘤異質(zhì)性和細(xì)胞相互作用的詳細(xì)認(rèn)知，需要進(jìn)一步的研究和評(píng)估。

研究思路

研究思路圖

研究結(jié)果

1. 脊索瘤腫瘤樣本的總體情況

來(lái)自 4 名男性和 2 名女性患者的6例腫瘤樣本，腫瘤部位包括：骶骨（n=1）、活動(dòng)脊柱（n=3）和顱底（n=2）（圖 1A）。經(jīng)過(guò)嚴(yán)格篩選，獲得 33737 個(gè)細(xì)胞，分成 18 個(gè)簇（圖 1B）。經(jīng)細(xì)胞類(lèi)型鑒定發(fā)現(xiàn)，它們是脊索瘤細(xì)胞、單核吞噬細(xì)胞、T/自然殺傷（NK）細(xì)胞、成纖維細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞、B 細(xì)胞和中性粒細(xì)胞（圖 1B-D）。在患者之間（圖 1E）統(tǒng)計(jì)了細(xì)胞群的變化。

2. 脊索瘤中腫瘤細(xì)胞的異質(zhì)性

根據(jù)脊索瘤特異性標(biāo)志物?TBXT，共鑒定了 16052 個(gè)腫瘤細(xì)胞。進(jìn)一步分為 6 個(gè)具有不同表達(dá)基因（DEG）的簇（圖 2A 和 B）。GO 分析表明主要影響免疫反應(yīng)，如白細(xì)胞遷移、調(diào)節(jié)、趨化性、B 細(xì)胞活化調(diào)節(jié)和體液免疫反應(yīng)（圖 2C）。這些結(jié)果表明，腫瘤異質(zhì)性解釋了不同的腫瘤免疫微環(huán)境。擬時(shí)序分析顯示亞簇 4 處于腫瘤早期，亞簇 2、3 和 5 處于更高級(jí)的階段（圖 2D）。脊索瘤表現(xiàn)出很大的腫瘤異質(zhì)性，這表明發(fā)病機(jī)制和表型可能不同。
對(duì)脊索瘤中的 MTT 靶點(diǎn)（包括?EGFR、HER2、PDGFR、VEGF、VEGFR2?和?KIT 等）（圖 2E）的表達(dá)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)?VEGF?和?VEGFR2?上調(diào)最多，表明它們具有作為治療靶點(diǎn)的潛力。

3. T/NK 細(xì)胞聚類(lèi)和亞型分析

對(duì) 3944 個(gè) T/NK 細(xì)胞進(jìn)行了無(wú)監(jiān)督聚類(lèi)，劃分為 5 個(gè)具有其獨(dú)特特征基因的亞群（圖 3A，B）。C2 由標(biāo)記有?KRF1?的 NK 細(xì)胞組成，其他是具有?CD3E?表達(dá)的 T 細(xì)胞（圖 3C）。C0、C1、C3 和 C4 分別為 CD4+T、CD8+T、CD4-?和 CD8-?雙陰性和 Treg 細(xì)胞。上述免疫細(xì)胞的特異性標(biāo)志物分別為?CD4、CD8?和?FOXP3（圖 3C）。C1-CD8+T 和 C2-?NK+?表現(xiàn)出高水平的細(xì)胞毒活性，其特征是?GZMA、GZMK、GNLY、PRF1?和?IFNγ（圖 3B）。此外，在這些細(xì)胞毒性免疫細(xì)胞上表達(dá)的免疫檢查點(diǎn)很少（圖 3D）。CTLA4、TIGIT?和?TIM3?在 Treg 中過(guò)度表達(dá)（圖 3D），它們是脊索瘤的主要免疫抑制機(jī)制和治療靶點(diǎn)。

4.?單核巨噬細(xì)胞聚類(lèi)和亞型分析

為了研究巨噬細(xì)胞之間的異質(zhì)性，將 3698 個(gè)腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞（TAM）?聚集成 6 個(gè)亞簇（圖 4A）。其中 C0 和 C1 數(shù)量最多，它們與 M2 亞型極化相關(guān)，因?yàn)樗鼈儽憩F(xiàn)出高水平的?CD68+CD163+CD204+?表達(dá)（圖 4B）。通過(guò) GO 分析發(fā)現(xiàn)，C1 參與了血管生成的調(diào)節(jié)（圖 4C），C3 可能在脊索瘤中具有促炎和抗腫瘤作用，C4 和 C5 分別表示核分裂和中性粒細(xì)胞活化（圖 4C）。分析發(fā)現(xiàn)?CD47?和?TIM3?在 TAM 中表達(dá)水平較高（圖 4D）。

5. 人類(lèi)脊索瘤中不同的成纖維細(xì)胞亞群

有 6945 個(gè)成纖維細(xì)胞被特定標(biāo)記鑒定，這些細(xì)胞進(jìn)一步分為 6 個(gè)亞群（圖 5A）。所有 6 個(gè)亞群都表達(dá)了高水平的典型成纖維細(xì)胞標(biāo)志物，如?ACTA2（a-SMA）、COL1a2?和?PDGFRb，證實(shí)了它們作為成纖維細(xì)胞的身份（圖 5C）。這些亞群表現(xiàn)出不同的轉(zhuǎn)錄組特征（圖 5B）。亞簇 0?具有 ECM 特征，包括膠原分子（COL1A1、COL3A1、COL4A1）、POSTN?和?LUM?的高表達(dá)。此外，該亞簇的 GO 分析發(fā)現(xiàn)這些基因在功能上與 ECM 和膠原纖維組織有關(guān)（圖 5D），因此它們被認(rèn)為是基質(zhì)細(xì)胞相關(guān)成纖維細(xì)胞（mCAFs、mCAFs-C0-POSTN；圖 5B、C）。亞簇 1 與細(xì)胞趨化性和 T 細(xì)胞活化有關(guān)，它們被認(rèn)為是炎癥性 CAF（iCAFs、iCAFs–C1–IL1RL1；圖 5B、C）。C2 亞簇則高表達(dá)與成骨分化相關(guān)的?CRABP2?。通過(guò) GO 分析發(fā)現(xiàn)，C2 參與骨化和軟骨發(fā)育，被認(rèn)為是骨發(fā)育調(diào)節(jié) CAFs（bCAFs，bCAFs-c2-IL1RL1；圖 5B、C）。亞簇 3 高表達(dá)的基因是?CST1?和?ANGPTL4。通過(guò) GO 分析發(fā)現(xiàn)這些基因與脈管系統(tǒng)發(fā)育的調(diào)節(jié)之間存在關(guān)系，因此將 C3 視為血管 CAF（vCAF，vCAF-c3-MCAM；圖 5B、C）。

6. CD4+T 細(xì)胞、成纖維細(xì)胞和巨噬細(xì)胞之間的相互作用豐富了 TGFβ 信號(hào)通路
通過(guò)基于配體-受體對(duì)的整體細(xì)胞相互作用分析發(fā)現(xiàn)，脊索瘤 TME 中最活躍的通路是 TGFβ 信號(hào)通路（圖 6A），其中 TGFB1-TGFBR1/TGFBR2 和 TGFB1-ACVR1/TGFBR1 對(duì)該通信網(wǎng)絡(luò)的貢獻(xiàn)最大（圖 6D），這與先前研究的結(jié)果一致。TGFβ 主要由脊索瘤中的成纖維細(xì)胞和巨噬細(xì)胞產(chǎn)生和釋放（圖 6B）。然而，這種 TGFβ 信號(hào)通路網(wǎng)絡(luò)在巨噬細(xì)胞、成纖維細(xì)胞、腫瘤細(xì)胞和 CD4+?T 細(xì)胞中都非?；钴S（圖 6C）。由于增強(qiáng)的 TGFβ 信號(hào)傳導(dǎo)與 ECM、腫瘤干細(xì)胞特性和 EMT 的惡性生物學(xué)過(guò)程有關(guān)，因此惡性細(xì)胞主要受脊索瘤中 TGFβ 途徑的影響。

總結(jié)

本研究通過(guò)單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測(cè)序描繪了脊索瘤的轉(zhuǎn)錄組學(xué)景觀，細(xì)致評(píng)估了脊索瘤的腫瘤異質(zhì)性并確定了一些潛在治療靶點(diǎn)。本文分析思路明確，充分剖析了單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)，對(duì)幾種主要細(xì)胞群進(jìn)行了深入的亞簇分析和功能解析，最后基于配體-受體對(duì)的整體細(xì)胞相互作用揭示了脊索瘤腫瘤微環(huán)境的主要作用機(jī)制。

參考文獻(xiàn)

Duan W, Zhang B, Li X, et al. Single-cell transcriptome profiling reveals intra-tumoral heterogeneity in human chordomas [published online ahead ofprint, 2022 Jan 27].?Cancer Immunol Immunother. 2022;10.1007/s00262-022-03152-1. doi: 10.1007/s00262-022-03152-1