Nat Genet｜马丁院士团队利用单细胞和空间多组学描绘宫颈鳞癌免疫微环境图谱

news2024/9/23 13:29:47

宫颈鳞状细胞癌（CSCC）是宫颈癌最常见的组织学类型。虽然局部疾病预后良好，但晚期、转移性或复发性CSCC的5年生存率仅为16.5%，晚期宫颈癌中对免疫检查点阻断的反应有限。细胞异质性和可塑性是肿瘤进展和肿瘤免疫微环境(TIME)调节的基础，但这些细胞状态对肿瘤病理生理的功能影响、与肿瘤免疫微环境的相互作用和患者预后以及它们形成和可塑性的机制仍有待确定。

华中科技大学同济医学院附属同济医院的马丁院士团队在《Nature Genetics》（IF=30.8）上发表题为“Multiomic analysis of cervical squamous cell carcinoma identifies cellular ecosystems with biological and clinical relevance”的文章。该研究通过整合单细胞转录组、空间转录组、空间蛋白组等多组学数据分析，系统地表征宫颈鳞状细胞癌的肿瘤内异质性及其与TIME的双向相互作用。

01 宫颈鳞状细胞癌（CSCC）单细胞图谱绘制

（1）研究人员利用单细胞RNA测序技术（scRNA-seq）对14个未经治疗的宫颈鳞状细胞癌肿瘤和3个健康子宫颈样本进行分析，共获得了163,880个细胞，聚类分析得到14个细胞类型群和50个亚细胞群，绘制了CSCC的全细胞图谱。

（2）通过对每个恶性肿瘤细胞应用非负矩阵分解(NMF)算法，确定了8个不同的肿瘤表达模式(MP)。发现MP6和MP7分别与免疫细胞含量呈负相关和正相关，与肿瘤免疫微环境 (TIME)有明显的相关性。

图1 scRNA-seq绘制CSCC细胞图谱

02 肿瘤免疫微环境研究

（1）肿瘤表达模式(MP)和肿瘤免疫表型(TIPs)存在相关性

CD8+ T细胞除了丰度外，其空间分布对TIME分层和免疫治疗反应至关重要。根据CD8+ T细胞分布的位置将肿瘤分为两种肿瘤免疫表型(TIPs)：浸润型TIP、排斥/荒漠型TIP。研究发现排斥/荒漠型CSCC中MP6细胞的比例更高，浸润型CSCC中MP7细胞的比例更高，表明肿瘤MPs与TIPs之间存在关系（图2）。

图2 MPs与TIPs之间存在关联

（2）空间转录组学显示MP6和MP7与免疫细胞浸润呈负相关

为了进一步在组织原位上评估MP6、MP7与免疫细胞浸润之间的关系，研究者将scRNA-seq数据和空间转录组学数据整合，发现MP6和MP7状态的肿瘤在空间上存在异质性，且MP7与免疫细胞邻域评分明显呈正相关，而MP6与免疫细胞邻域评分呈负相关。

图3 空间转录组学揭示MP6、MP7与免疫浸润的相关性

（3）空间蛋白组助力发现MP6肿瘤细胞的TGFβ信号被激活

为了确定RNA水平升高是否导致蛋白质的增加，采用激光捕获显微切割(LCM)技术分离了60个ROI用于蛋白组学分析。结果发现，与转录组学数据一致，MP6特异性基因（如FABP5， SERPINB3， KRT6B和S100A8）在免疫贫乏的ROI中表达更高。PROGENy通路活性评分显示，转化生长因子β（TGFβ）通路在MP6细胞中升高，且在空间上主要位于MP6肿瘤区域的外围。TGFβ信号通路介导免疫抑制和逃避免疫监视，而FABP5已被报道在肿瘤和成纤维细胞中增强TGFβ信号通路，这表明FABP5和TGFβ信号通路在MP6肿瘤和TIME之间的相互作用中可能发挥作用。

图4 空间蛋白质证实了TGFβ信号在MP6肿瘤中的作用

03 临床应用研究

（1）MP6/7评分具有临床意义

作者通过计算MP6/7评分来评估临床免疫治疗效果。选取一项宫颈鳞癌的新辅助免疫化疗（NACT）临床试验中患者的RNA-seq数据分析，发现病理完全缓解(pCR)组MP6/7评分明显下降。同时在2个大型免疫检查点抑制剂的治疗队列中，MP6/7评分与免疫治疗组生存率相关，数值越低，生存率越高，说明MP6/7评分具有重要的临床预测价值。

（2）找到改善免疫治疗疗效的潜在靶点

差异表达转录本和蛋白质的最高评分之一的FABP5蛋白与多种类型的癌症有关。作者通过干预FABP5发现其在介导免疫排斥中发挥重要作用，可以作为改善免疫治疗疗效的潜在靶点。

图5 MP6/7评分可指征临床治疗效果

总结与讨论

该研究采用了综合的多组学方法，包括scRNA-seq、空间转录组学和空间蛋白质组学，来表征CSCC恶性细胞的肿瘤内表达异质性。作者发现的八种细胞状态中，三种（MP6、MP7 和 MP8）概括了不同程度的鳞状细胞分化，与肿瘤 TIME 的变化密切相关。综合空间转录组学和空间蛋白质组学分析揭示了两种双向肿瘤-基质/免疫相互作用。高分辨率多组学方法探索CSCC的肿瘤异质性可能为其他鳞状恶性肿瘤的研究提供蓝图。

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相关文献

Fan J, Lu F, Qin T, Peng W, Zhuang X, Li Y et al. Multiomic analysis of cervical squamous cell carcinoma identifies cellular ecosystems with biological and clinical relevance. Nat Genet. 2023;55(12):2175-2188.