單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組學(xué)揭示宮頸癌的細(xì)胞異質(zhì)性和分子分層

宮頸癌(CC)是最常見(jiàn)的婦科惡性腫瘤，其細(xì)胞異質(zhì)性尚未完全了解。2022年11月Keqin Hua團(tuán)隊(duì)通過(guò)單細(xì)胞技術(shù)揭示了人類(lèi)CC惡性細(xì)胞的廣泛異質(zhì)性，為CC的精準(zhǔn)預(yù)后和治療分層奠定了基礎(chǔ)。

文章亮點(diǎn)
01用單細(xì)胞技術(shù)解決了什么問(wèn)題？
scRNA-seq分析確定了四種具有臨床意義的不同CC亞型，這些亞型促進(jìn)了CC的個(gè)性化治療。

02實(shí)驗(yàn)亮點(diǎn)
實(shí)驗(yàn)通過(guò)調(diào)查來(lái)自三個(gè)CC腫瘤的57,669細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)與配對(duì)的正常相鄰非腫瘤(NAT)樣品，揭示了CC的單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組景觀，通過(guò)對(duì)不同亞群的分析，揭示了CC的廣泛細(xì)胞異質(zhì)化。

03臨床意義
鑒定了CCs的四種分子亞型，即缺氧、增殖、分化和免疫活性亞型，不僅促進(jìn)了對(duì)其病因的理解，而且加速了CC患者個(gè)性化治療策略的發(fā)展。

研究背景
宮頸癌(CC)是世界上最常見(jiàn)的女性惡性腫瘤之一。盡管早期CC患者在手術(shù)或放射治療后可以存活數(shù)年，但被診斷為晚期或轉(zhuǎn)移性CC的患者是無(wú)法治愈的。目前有針對(duì)晚期或復(fù)發(fā)性CC的治療方法，例如抗血管生成和免疫療法，但應(yīng)答率仍較低，這主要是由于CC的腫瘤間和腫瘤內(nèi)異質(zhì)性所致。因此，了解高分辨率CC的異質(zhì)性對(duì)于開(kāi)發(fā)個(gè)性化治療策略至關(guān)重要。

思維導(dǎo)圖
研究結(jié)果
1、單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組學(xué)分析揭示了宮頸上皮細(xì)胞的細(xì)胞異質(zhì)性
注釋后得到的16個(gè)細(xì)胞簇分為7種細(xì)胞類(lèi)型(圖1A，B)。上皮細(xì)胞89.4%來(lái)自腫瘤樣本(圖1C)，來(lái)自腫瘤和正常樣本的上皮細(xì)胞表現(xiàn)出不同轉(zhuǎn)錄特性(圖1D)。所有上皮細(xì)胞通過(guò)注釋得到7個(gè)亞群(圖1E)，C1、C2、C3、C4、C5亞群來(lái)自腫瘤樣本(圖1F)。
2、CC上皮細(xì)胞不同亞群呈現(xiàn)基因組和轉(zhuǎn)錄組差異
作者通過(guò)計(jì)算每個(gè)細(xì)胞亞群的拷貝數(shù)畸變(CNA)，鑒定每個(gè)亞群的細(xì)胞惡化程度，發(fā)現(xiàn)不同亞群之間的惡化程度不同，值得注意的是，來(lái)自腫瘤樣本的C5亞群分化良好(圖2A，B)，高表達(dá)基因的富集分析揭示不同亞群之間所發(fā)揮的功能特性不同(圖2C)，并且利用單細(xì)胞調(diào)控網(wǎng)絡(luò)推理和聚類(lèi)(SCENIC)方法得到起重要調(diào)控作用的轉(zhuǎn)錄因子。
3、腫瘤來(lái)源的成纖維細(xì)胞在CC中表現(xiàn)出轉(zhuǎn)錄改變
作者對(duì)腫瘤微環(huán)境(TME)中的非免疫細(xì)胞進(jìn)行分析，包括成纖維細(xì)胞，平滑肌細(xì)胞。這些細(xì)胞大多數(shù)來(lái)自NAT樣本(圖3A)，并且根據(jù)基因表達(dá)譜分為13個(gè)不同的簇(圖3B，C)。通過(guò)對(duì)高表達(dá)基因的富集分析，揭示了成纖維細(xì)胞在免疫調(diào)節(jié)中具有潛在作用(圖3D，E)，重要的是，在成纖維細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)了幾個(gè)與患者預(yù)后顯著相關(guān)的基因，包括CXCL8基因顯示致癌性，而IGF1在腫瘤成纖維細(xì)胞中表現(xiàn)出抑癌特征(圖3G，F(xiàn))。進(jìn)一步探究了成纖維細(xì)胞兩個(gè)不同亞群iCAFs，myCAFs之間的差異基因，解釋了兩個(gè)亞群之間功能的差異(圖3H，I)。
4、CD8 T細(xì)胞在CC中表現(xiàn)出高度多樣性并發(fā)展為耗盡的腫瘤內(nèi)亞群
作者檢測(cè)到了24911個(gè)T細(xì)胞，為scRNA-seq數(shù)據(jù)中最普遍的細(xì)胞類(lèi)型，并重新聚類(lèi)分為8個(gè)細(xì)胞簇，以及6個(gè)T細(xì)胞類(lèi)型(圖4A，B，C)。CD8 T細(xì)胞為細(xì)胞毒性T淋巴細(xì)胞，由C2、C3、C8三個(gè)細(xì)胞簇組成，標(biāo)記基因以及重要生物過(guò)程的分析揭示3個(gè)細(xì)胞簇不同的特性(圖4D，E)。擬時(shí)序分析發(fā)現(xiàn)C3在開(kāi)始處，C2，C8在末端位置(圖4F)，伴隨著耗竭標(biāo)記物表達(dá)增加，以及效應(yīng)標(biāo)記物表達(dá)減少(圖4G)，并且某些細(xì)胞還可能會(huì)在最終耗盡之前保留具有增殖能力(圖4H)。
 
5、RNA-seq數(shù)據(jù)的反卷積揭示了四種不同的CC亞型
通過(guò)使用惡性細(xì)胞高度表達(dá)的細(xì)胞類(lèi)型(上皮細(xì)胞)特異性基因進(jìn)一步對(duì)CC亞型進(jìn)行分類(lèi)，主要為四種亞型，即缺氧(S-H亞型)，增殖(S-P亞型)，分化(S-D亞型)和免疫活性(S-I亞型)亞型(圖5A)，S-H亞型呈現(xiàn)缺氧富集，S-P亞型呈現(xiàn)細(xì)胞增殖的富集，S-D亞型細(xì)胞分化的富集，S-I亞型呈現(xiàn)免疫相關(guān)生物過(guò)程的富集(圖5B，C)，并且四種亞型的生存時(shí)間具有差異(圖5D)。  
本研究描述了CC中TME的單細(xì)胞景觀。首先將所有CESCs患者分為四種亞型，這些亞型可能對(duì)免疫檢查點(diǎn)抑制劑有不同的反應(yīng)。研究結(jié)果揭示了CC中的T細(xì)胞浸潤(rùn)和反應(yīng)，這可能會(huì)促進(jìn)臨床實(shí)踐中更加個(gè)性化的診斷和治療策略的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)
Li C, Wu H, Guo L, et al. Single-cell transcriptomics reveals cellular heterogeneity and molecular stratification of cervical cancer. Commun Biol. 2022 Nov 10;5(1):1208.