非小细胞肺癌具有JI端的免疫多样性!
时间:2023-02-24 阅读:770
在恶性肿瘤中,肺癌在全球发病率和死亡率位居前列,特别是非小细胞肺癌(NSCLC),占比高,且存在高度侵袭性、异质性,而且组织学亚型复杂和突变特征明显。
肿瘤微环境的异质性在单细胞RNA测序(scRNA-seq)技术的进步下,也逐渐被解剖。但是单细胞RNA测序(scRNA-seq)存在样本量有限,缺乏基因组数据和长期随访数据,因此在分析肿瘤微环境生物的异质性、药物耐药性等方面较为片面。
在NSCLC肿瘤微环境中,白细胞是重要的细胞类型,根据往期实验数据得出:中性粒细胞在瘤内驻留白细胞中占比8%-20%。但是,单细胞RNA测序(scRNA-seq)在中性粒细胞方面的研究较少,因此,加强NSCLC 肿瘤微环境中中性粒细胞的研究,意义重大。
最近,奥地利因斯布鲁克医科大学的Zlatko Trajanoski和Andreas Pircher研究团队在Cancer Cell发表题为《High-resolution single-cell atlas reveals diversity and plasticity of tissue-resident neutrophils in non-small cell lung cancer》的论文,研究发现:中性粒细胞(TRNs)亚群在NSCLC的肿瘤微环境中具有不同的功能特性,尤其是,TRNs的基因标记与免疫检查点抑制剂治疗的不良预后相关。
论文首页截图
该研究团队根据公开的scRNA-seq数据集,对比自己团队的NSCLC数据集(UKIM-V),根据大数据,进行全面的分析,整合出一个全新的NSCLC单细胞核心图谱。在该图谱中,转录组数据为298名(212名NSCLC患者,86名对照者),肿瘤样本数据为364个(196个肿瘤样本,168个非肿瘤)。在212名NSCLC患者中,肺腺癌(LUAD)为156人,占比73.6%;肺鳞状细胞癌(LUSC)为41人,占比19.3%。
根据NSCLC核心图谱的研究结果跟流式细胞分析数据一致,说明:中性粒细胞群仅占所有细胞的1.5%,但是图谱里78%的中性粒细胞来自UKIM-V数据集,其中中性粒细胞分别占UKIM-V所有细胞的12%和所有白细胞的18%。中性粒细胞表达的mRNA分子量极低,发现是由于其半衰期较短,仅为7-10小时。对比多种测序结果发现,BD Rhapsody平台捕获的mRNA分子数量要丰富得多,因此可能更适合检测低mRNA含量的细胞。
结合上述结果,该研究团队利用BD Rhapsody平台测序的UKIM-V队列数据和中性粒细胞的转录组特征进行进一步研究,发现:LUSC中中性粒细胞比例明显较高,而LUAD中巨噬细胞、CD4 T细胞、2型肺泡细胞、过渡型棒状细胞/2型肺泡细胞(transitional club/AT2)更为丰富。
研究的总体流程和细胞类型
根据患者肿瘤微环境浸润模式,该研究团队将NSCLC患者分为了四个类别:免疫荒漠型、B细胞优势型、髓系细胞优势型、T细胞优势型。其中,免疫荒漠型没有明显的免疫细胞浸润,但肿瘤细胞比例高;B细胞优势型主要为B细胞、浆细胞和肥大细胞;髓系细胞优势型主要为巨噬细胞和单核细胞;T细胞优势型主要为CD8 T细胞、CD4 T细胞和调节性T细胞。不同免疫表型也表现出具有差异性的细胞因子信号特征。
不同肿瘤免疫表型的细胞因子信号特征
根据早期的研究结果发现,LUAD以炎症状态为主,LUSC伤口愈合状态为主。根据细胞-细胞通信网络的差异,该研究团队进一步实验发现:LUAD以KDR(VEGFR2,血管内皮细胞生长因子受体2)-VEGFA(血管内皮生长因子A)通信上调为特征,通过促进血管生成,开启免疫抑制信号,而LUSC则以SPP1(分泌型磷蛋白1)和JAG-NOTCH信号通路上调为主要特征,前者促进肿瘤转移,后者通过募集中性粒细胞调节肿瘤免疫微环境。
细胞互作分析
根据TCGA队列数据的分析,发现转录组与生存数据之间的关系:肿瘤B细胞的富集度与NSCLC患者的良好预后成正相关,而中性粒细胞则呈负相关;而CD8 T细胞亚型的分析显示,幼稚CD8 T细胞与良好预后呈正相关。
TCGA数据中细胞组成和生存率的关系
根据对NSCLC中TRNs的异质性细胞亚群的鉴定发现:肿瘤相关中性粒细胞(TANs)和邻近正常组织相关中性粒细胞(NANs)的表达谱特征不同,且中性粒细胞是肿瘤微环境中VEGFA的主要来源,印证了TRNs重要的促血管生成作用。
同时该研究团队还发现:TANs中凝集素型氧化低密度脂蛋白受体1(LOX-1)表达升高,肿瘤组织中存在较多的LOX-1+细胞浸润,但在匹配的相邻的正常肺组织中未发现LOX-1+细胞浸润,说明LOX-1可能是一种特异性的TANs标记物。
为了深入解析TRNs不同亚群的异质性,研究团队继续对图谱中TRNs进行聚类分析,鉴定出了4个TAN亚群和3个NAN亚群。
值得注意的是,TAN-2亚群CD274(PD-L1)/PDCD1(PD-1)信号通路显著上调,提示了TAN对CD8 T细胞的免疫抑制作用,这与过去报道的中性粒细胞的富集与抗PD-1/PD-L1治疗无应答有关的结果一致。
为了确定TRNs在NSCLC患者中的预后价值,研究团队分析NSCLC患者治疗前肿瘤的RNA-seq数据,这些患者经历了抗PD-L1抗体或化疗药单药治疗。结果显示,TRN基因标记与抗PD-L1治疗应答和生存预后呈明显负相关(p=0.003),但在化疗组中并不显著。
TRN基因标记与免疫治疗应答和预后的关
综上所述,这个研究从单细胞层面全面剖析了NSCLC肿瘤微环境,一方面,分析了中性粒细胞群对肿瘤微环境中具有不同功能特性的TRNs亚群进行深入表征,另外一方面,弥补了基因组数据以及长期随访数据,揭示了中性粒细胞与免疫治疗抵抗和不良生存结局的关联,为后续开发中性粒细胞耗竭剂奠定了基础。
北京百奥创新科技有限公司提供肺癌细胞助力非小细胞肺癌的研究,为后续开发中性粒细胞耗竭剂助力。
品牌 | 产品名称 | 货号 |
Accegen | PC-9 | ABC-TC0907 |
LK-2 | ABC-TC0587 | |
Lewis-Lung | ABC-TC0585 | |
LL/2(LLc1) | ABC-TC0591 | |
Human Lung Fibroblasts (Paracancerous) | ABC-H0080X | |
Human Pulmonary Pericytes | ABC-H0044X | |
Human Alveolar Macrophages | ABC-H0034X | |
Human Pulmonary Alveolar Epithelial Cells | ABC-TC3770 | |
Human Type II Alveolar Epithelial Cells | ABC-TC5515 | |
GFP-Human Lung Fibroblasts-Adults | ABC-FC0040 |