整合單細(xì)胞與空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)解析非小細(xì)胞肺癌免疫微環(huán)境異質(zhì)性研究
瀏覽次數(shù):453 發(fā)布日期:2025-12-31
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一、摘要與引言
肺癌是全球范圍內(nèi)發(fā)病率位居第二且癌癥相關(guān)死亡率最高的惡性腫瘤,其復(fù)雜的腫瘤生態(tài)系統(tǒng)涵蓋多種免疫細(xì)胞類(lèi)型。研究表明,骨髓來(lái)源細(xì)胞,尤其是巨噬細(xì)胞,在疾病進(jìn)展過(guò)程中扮演關(guān)鍵角色。為進(jìn)一步探究肺腺癌(LUAD)與肺鱗癌(LUSC)腫瘤微環(huán)境的細(xì)胞構(gòu)成與分子特征,本研究整合單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測(cè)序與空間轉(zhuǎn)錄組技術(shù),對(duì)25例未經(jīng)治療患者的約90萬(wàn)個(gè)細(xì)胞進(jìn)行了系統(tǒng)性分析。
研究發(fā)現(xiàn),腫瘤微環(huán)境中抗炎表型巨噬細(xì)胞與自然殺傷細(xì)胞及T細(xì)胞之間呈現(xiàn)顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系,且腫瘤內(nèi)部自然殺傷細(xì)胞的細(xì)胞毒性功能明顯減弱。盡管LUAD與LUSC在主要細(xì)胞類(lèi)型組成上較為相似,但在多種免疫檢查點(diǎn)分子共表達(dá)模式方面存在顯著差異。此外,研究進(jìn)一步揭示了腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞發(fā)生轉(zhuǎn)錄重編程的證據(jù),表現(xiàn)為其向膽固醇輸出表型轉(zhuǎn)化,并呈現(xiàn)出與胎兒發(fā)育階段相似的鐵離子外排相關(guān)轉(zhuǎn)錄特征。
本研究構(gòu)建的多組學(xué)數(shù)據(jù)資源,為深入解析腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞的高分辨率分子圖譜提供了重要基礎(chǔ),進(jìn)一步闡明了其在腫瘤微環(huán)境中的功能調(diào)控機(jī)制,并為針對(duì)腫瘤免疫微環(huán)境的新型治療策略開(kāi)發(fā)提供了理論依據(jù)。
二、樣本采集與多組學(xué)數(shù)據(jù)構(gòu)建
為系統(tǒng)揭示非小細(xì)胞肺癌(NSCLC)主要亞型——肺腺癌(LUAD)和肺鱗癌(LUSC)中免疫及非免疫細(xì)胞群體的異質(zhì)性及其空間組織結(jié)構(gòu),本研究收集了25例未接受術(shù)前治療患者的手術(shù)切除肺組織樣本,其中包括13例LUAD、8例LUSC以及4例未進(jìn)一步分類(lèi)的肺癌樣本。同時(shí),研究納入了2例健康捐獻(xiàn)者的肺組織作為正常對(duì)照。所有樣本均包含腫瘤區(qū)域及其匹配的癌旁非腫瘤組織。
通過(guò)流式分選技術(shù)富集CD45⁺免疫細(xì)胞,并去除紅細(xì)胞以保留非免疫細(xì)胞群體,進(jìn)而完成單細(xì)胞RNA測(cè)序。此外,從上述隊(duì)列中選取8例患者(涵蓋腫瘤與癌旁組織)制作組織切片,采用10x Genomics Visium平臺(tái)進(jìn)行空間轉(zhuǎn)錄組分析,共計(jì)獲得36張有效切片數(shù)據(jù)。經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的質(zhì)量控制與標(biāo)準(zhǔn)化分析流程,最終建立了包含近90萬(wàn)個(gè)高質(zhì)量細(xì)胞的單細(xì)胞及空間轉(zhuǎn)錄組整合圖譜。

三、腫瘤微環(huán)境的細(xì)胞多樣性及功能狀態(tài)解析
單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組分析鑒定出具有典型轉(zhuǎn)錄特征的多個(gè)細(xì)胞類(lèi)群,涵蓋髓系細(xì)胞、淋巴細(xì)胞以及非免疫細(xì)胞。與癌旁組織相比,腫瘤組織在免疫及非免疫細(xì)胞組成上呈現(xiàn)顯著差異。腫瘤組織中成纖維細(xì)胞與淋巴管內(nèi)皮細(xì)胞的比例顯著下降,而上皮細(xì)胞群體表現(xiàn)出更高異質(zhì)性,提示其由突變腫瘤細(xì)胞與正常細(xì)胞混合組成,且腫瘤轉(zhuǎn)化驅(qū)動(dòng)了上皮細(xì)胞狀態(tài)的多樣化。此外,腫瘤組織中單核細(xì)胞與未成熟髓系細(xì)胞比例顯著降低,而樹(shù)突狀細(xì)胞與B細(xì)胞總體比例升高。

通過(guò)對(duì)主要細(xì)胞類(lèi)群進(jìn)行亞聚類(lèi)分析,共鑒定出46種細(xì)胞亞型,并揭示了關(guān)鍵功能群體的變化:腫瘤組織中低細(xì)胞毒性表型的自然殺傷細(xì)胞比例升高;調(diào)節(jié)性T細(xì)胞明顯積累,而耗竭型細(xì)胞毒性T細(xì)胞比例下降;腫瘤內(nèi)高度異質(zhì)性的抗炎型巨噬細(xì)胞比例上升。值得注意的是,其中一類(lèi)具有循環(huán)特征的STAB1⁺巨噬細(xì)胞亞群的比例,與T細(xì)胞及自然殺傷細(xì)胞的頻率呈顯著負(fù)相關(guān),提示其在抑制細(xì)胞毒性淋巴細(xì)胞浸潤(rùn)中的關(guān)鍵作用。此外,在腫瘤組織中成功鑒定出一類(lèi)同時(shí)表達(dá)髓系與上皮標(biāo)志的“癌癥相關(guān)巨噬細(xì)胞樣細(xì)胞”,其獨(dú)特轉(zhuǎn)錄譜并非由技術(shù)偽影所致。

四、肺腺癌與肺鱗癌細(xì)胞互作網(wǎng)絡(luò)的異質(zhì)性及其治療意義
盡管LUAD與LUSC在腫瘤微環(huán)境的細(xì)胞構(gòu)成上高度相似,但基于配體-受體互作的分析發(fā)現(xiàn),二者在細(xì)胞間通信網(wǎng)絡(luò)上存在本質(zhì)差異。LUAD中推斷出的特異性互作對(duì)數(shù)量顯著多于LUSC。更為重要的是,多種免疫檢查點(diǎn)分子在兩種亞型中存在差異共表達(dá)模式,例如TIM3、DNAM1–TIGIT軸在LUAD中更活躍,而CD96–NECTIN1在LUSC中更普遍。本研究未在互作網(wǎng)絡(luò)中檢測(cè)到顯著的PD1–PDL1信號(hào),提示其他免疫檢查點(diǎn)(如CTLA4、TIGIT、LILRB1/2和TIM3)可能具有更重要的靶向治療潛力。

此外,研究揭示了亞型特異的促血管生成信號(hào)(VEGF通路受體在LUAD成纖維細(xì)胞中高表達(dá))與上皮生長(zhǎng)信號(hào)(EGFR配體通路在LUSC中更活躍)的差異。同時(shí),識(shí)別出多個(gè)與三級(jí)淋巴結(jié)構(gòu)形成相關(guān)的共刺激信號(hào)分子對(duì),為理解患者預(yù)后差異提供了線索。這些發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)闡明了兩種肺癌亞型在微環(huán)境通信網(wǎng)絡(luò)層面的異同,為開(kāi)發(fā)精準(zhǔn)免疫治療策略提供了新的分子依據(jù)。

五、總結(jié)
本研究通過(guò)整合單細(xì)胞及空間轉(zhuǎn)錄組學(xué),系統(tǒng)描繪了非小細(xì)胞肺癌主要亞型的腫瘤免疫微環(huán)境高分辨率圖譜。主要發(fā)現(xiàn)包括:1)LUAD與LUSC具有高度相似的細(xì)胞組成,但細(xì)胞間相互作用網(wǎng)絡(luò)存在顯著差異;2)腫瘤微環(huán)境中存在復(fù)雜的免疫抑制生態(tài),其特征為抗炎巨噬細(xì)胞的擴(kuò)增及其與細(xì)胞毒性淋巴細(xì)胞功能的負(fù)相關(guān)關(guān)系;3)腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞經(jīng)歷了獨(dú)特的轉(zhuǎn)錄重編程;4)兩種亞型在免疫檢查點(diǎn)、血管生成及上皮生長(zhǎng)信號(hào)網(wǎng)絡(luò)方面呈現(xiàn)差異化表達(dá)模式,提示了超越PD1/PDL1的潛在治療靶點(diǎn)。
綜上所述,本研究構(gòu)建的多組學(xué)資源,不僅深化了對(duì)非小細(xì)胞肺癌免疫微環(huán)境異質(zhì)性與免疫抑制機(jī)制的理解,也為基于腫瘤亞型及微環(huán)境特征設(shè)計(jì)下一代免疫聯(lián)合療法提供了關(guān)鍵的數(shù)據(jù)支持和理論框架。
六、空間組學(xué)服務(wù)哪里有?
LabEx為您提供前沿、全面的空間組學(xué)整體解決方案。我們基于10x Genomics Visium、Nanostring GeoMx DSP及多重?zé)晒獬上竦认冗M(jìn)技術(shù)平臺(tái),能夠?qū)⒔M織樣本中完整的形態(tài)學(xué)信息與高通量轉(zhuǎn)錄組或蛋白組數(shù)據(jù)精準(zhǔn)結(jié)合,在保留原始空間位置的同時(shí),揭示細(xì)胞類(lèi)型、基因表達(dá)及信號(hào)通路的原位分布圖譜。
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服務(wù)類(lèi)型
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種屬
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Panel說(shuō)明
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空間蛋白檢測(cè)
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人
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使用NGS 平臺(tái)在空間水平同時(shí)分析570+蛋白靶標(biāo).支持添加額外40個(gè)蛋白靶標(biāo)涵蓋77條功能通路.覆蓋腫瘤研各個(gè)方面
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應(yīng)用領(lǐng)域
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免疫調(diào)控/炎癥、腫瘤/免疫研究、細(xì)胞功能研究、T細(xì)胞研究、信號(hào)通路研究等
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人全轉(zhuǎn)錄組圖譜(WTA)
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人
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人全轉(zhuǎn)錄組圖譜覆蓋人的全轉(zhuǎn)錄組,可以在在單個(gè)組織切片中同時(shí)分析 18,000 多個(gè)基因的 RNA 表達(dá)。
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小鼠全轉(zhuǎn)錄組圖譜(Mu WTA)
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小鼠
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小鼠全轉(zhuǎn)錄組圖譜覆蓋所有小鼠品系的全轉(zhuǎn)錄組,可以在在單個(gè)組織切片中同時(shí)分析21,000 多個(gè)基因的 RNA 表達(dá)。
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癌癥轉(zhuǎn)錄組圖譜(CTA)
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人
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癌癥轉(zhuǎn)錄組圖譜用于對(duì)腫瘤生物學(xué)、腫瘤微環(huán)境和免疫反應(yīng)進(jìn)行全面分析,可以在在單個(gè)組織切片中同時(shí)分析 1,800 多個(gè)基因的RNA表達(dá)。
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犬癌癥圖譜
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犬
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犬癌癥圖譜用于研究犬對(duì)癌癥以及免疫生態(tài)學(xué)治療的免疫反應(yīng),可以在單個(gè)組織切片中同時(shí)分析1,962多個(gè)基因的 RNA 表達(dá)。
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空間多組學(xué)數(shù)據(jù)分析
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不限
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提供標(biāo)準(zhǔn)化及定制化數(shù)據(jù)分析,包括箱型圖、散點(diǎn)圖、火山圖、條形圖等多種展示
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樂(lè)備實(shí)是國(guó)內(nèi)專(zhuān)注于提供高質(zhì)量蛋白檢測(cè)以及組學(xué)分析服務(wù)的實(shí)驗(yàn)服務(wù)專(zhuān)家,自2018年成立以來(lái),樂(lè)備實(shí)不斷尋求突破,公司的服務(wù)技術(shù)平臺(tái)已擴(kuò)展到單細(xì)胞測(cè)序、空間多組學(xué)、流式檢測(cè)、超敏電化學(xué)發(fā)光、Luminex多因子檢測(cè)、抗體芯片、PCR Array、ELISA、Elispot、PLA蛋白互作、多色免疫組化、DSP空間多組學(xué)等30多個(gè),建立起了一套涵蓋基因、蛋白、細(xì)胞以及組織水平實(shí)驗(yàn)的完整檢測(cè)體系。
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