代謝組+轉(zhuǎn)錄組+單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組揭示腸道菌群代謝衍生物的抗腫瘤免疫反應(yīng)

01

代謝組+轉(zhuǎn)錄組+單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組揭示腸道菌群代謝衍生物的抗腫瘤免疫反應(yīng)

腸道微生物可以調(diào)控固有免疫和適應(yīng)性免疫應(yīng)答，參與免疫檢查點阻斷治療，但其影響腫瘤生長的機制仍不清楚，胰腺導(dǎo)管腺癌(PDAC)臨床特征發(fā)現(xiàn)其具有顯著的免疫浸潤，但免疫療法效果卻并不明顯，主要是由于組織的致密性和免疫抑制細(xì)胞的浸潤，將免疫抑制轉(zhuǎn)變?yōu)榧せ顮顟B(tài)或是提高免疫治療效果的一種方法，有研究表明PDAC長生存期患者具有獨特的微生物組具有抗腫瘤的作用，但是微生物如何調(diào)控腫瘤的免疫微環(huán)境尚未可知。

本文研究者首先利用甲硝唑處理PDAC小鼠模型，改變小鼠的腸道菌群，然后對處理組和對照組進(jìn)行血清代謝組檢測，發(fā)現(xiàn)TMAO在處理組下降最為明顯，且腫瘤負(fù)荷明顯增加，對小鼠進(jìn)行TMAO腹腔注射逆轉(zhuǎn)了腫瘤負(fù)荷的增加，通過流式技術(shù)分析了腫瘤組織，血液，周圍淋巴結(jié)，脾臟等部位的免疫細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)TMAO可以增加腫瘤的免疫浸潤和效應(yīng)T細(xì)胞的活化，降低腫瘤負(fù)荷，提高小鼠存活率，TMAO代謝通路分析發(fā)現(xiàn)了TMAO誘導(dǎo)的免疫激活表型與腸道菌群酶CutC/D活性相關(guān)，接下來作者利用RNA-seq和scRNA對免疫細(xì)胞進(jìn)一步分析，發(fā)現(xiàn)TMAO驅(qū)動浸潤的免疫細(xì)胞向抗腫瘤狀態(tài)變化，Treg細(xì)胞反應(yīng)受到限制，腫瘤殺傷效應(yīng)T細(xì)胞得到促進(jìn)，并且TMAO可以直接改變腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞的表型，使其轉(zhuǎn)變?yōu)門細(xì)胞反應(yīng)的支持者，TMAO處理促進(jìn)了PDAC抗PD-1治療的敏感性也進(jìn)一步證實了其促進(jìn)腫瘤免疫抑制向免疫激活狀態(tài)的轉(zhuǎn)變，在人的樣本中也證實了TMAO處理提高了巨噬細(xì)胞的促炎作用，并且發(fā)現(xiàn)產(chǎn)TMAO細(xì)胞和CutC基因的表達(dá)水平和PDAC患者生存率和抗PD-1的反應(yīng)性相關(guān)。

本研究揭示了腸道菌群衍生代謝物TMAO與抗腫瘤免疫反應(yīng)的關(guān)系，提示PDAC臨床治療測潛在策略。

 

02

MERFISH揭示了人和小鼠大腦皮層細(xì)胞組織的保守性和差異性

人類大腦皮層的細(xì)胞種類繁多。這些細(xì)胞的空間組織和相互作用在形成和維持各種大腦功能中起著至關(guān)重要的作用。然而人類皮層中不同類型的細(xì)胞是如何組織的，以及不同物種的細(xì)胞組織是如何變化的仍不清楚。

在本研究中，研究者使用多重的容錯熒光原位雜交（MERFISH，multiplexed error-robust fluorescence in situ hybridization）對4000個基因進(jìn)行了空間分辨單細(xì)胞譜分析，識別出>100個轉(zhuǎn)錄差異細(xì)胞群，并從分子定義的角度生成了人類大腦顳上回和顳中回（middle and superior temporal gyrus）的空間分辨細(xì)胞圖譜。研究者還進(jìn)一步做了細(xì)胞互作分析來探討細(xì)胞與細(xì)胞之間的相互作用，這種相互作用是由細(xì)胞類型中的體細(xì)胞接觸或接近引起的。人類皮質(zhì)與小鼠皮質(zhì)的比較顯示了細(xì)胞層狀組織的保守性和跨物種的體細(xì)胞相互作用的差異。研究人員通過對受體-配體對分析還發(fā)現(xiàn)了神經(jīng)元和小膠質(zhì)細(xì)胞有接觸的可能，這解釋了為什么某些基因與神經(jīng)退行性疾病有關(guān)。

研究者的數(shù)據(jù)揭示了人類特有的細(xì)胞-細(xì)胞接近模式，并顯示了在人類皮層中神經(jīng)元和非神經(jīng)元細(xì)胞之間的相互作用顯著增加。

 

03

單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組結(jié)合空間轉(zhuǎn)錄組測序揭示FAP+成纖維細(xì)胞和SPP1+巨噬細(xì)胞在結(jié)直腸癌中的相互作用

結(jié)直腸癌（CRC）是最常見的惡性腫瘤之一，腫瘤微環(huán)境(TME)分析有助于發(fā)現(xiàn)潛在的治療靶點。

本研究分析了來自腫瘤和鄰近組織的54,103個細(xì)胞，以表征細(xì)胞組成，并闡明CRC中腫瘤富集細(xì)胞類型的潛在起源和調(diào)控機制。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，腫瘤特異性FAP+成纖維細(xì)胞和SPP1+巨噬細(xì)胞在腫瘤組織中富集，并通過免疫熒光染色和空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)驗證了它們的緊密定位。此外，研究者還進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)浸潤FAP+成纖維細(xì)胞和SPP1+巨噬細(xì)胞的存在與淋巴細(xì)胞浸潤呈負(fù)相關(guān)。這種相互作用可能受到趨化素、TGF-β和白細(xì)胞介素-1的調(diào)控，限制T細(xì)胞的浸潤。同時，研究者發(fā)現(xiàn)FAP或SPP1高表達(dá)的患者在免疫治療中獲益較少。

本研究結(jié)果提供了一種潛在的治療策略，通過破壞FAP+成纖維細(xì)胞和SPP1+巨噬細(xì)胞的相互作用來改善免疫治療效果。

 

04

單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組揭示膠質(zhì)母細(xì)胞瘤中腫瘤和免疫環(huán)境的自然進(jìn)化機制

IDH野生型膠質(zhì)母細(xì)胞瘤的預(yù)后不佳給治療帶來挑戰(zhàn)，由于GBM中存在顯著的免疫抑制腫瘤環(huán)境使得免疫檢查點抑制劑治療效果受限，腫瘤細(xì)胞和免疫細(xì)胞之間的通訊在腫瘤進(jìn)展中起著關(guān)鍵作用，目前，已經(jīng)有研究利用配對的原發(fā)性和復(fù)發(fā)性樣本來探索治療驅(qū)動GBM的進(jìn)展，但由于缺乏適當(dāng)?shù)哪Ｐ秃图夹g(shù)，腫瘤細(xì)胞在自然疾病進(jìn)展過程中如何與腫瘤微環(huán)境相互作用仍不清楚。多灶性GBM被定義為患者體內(nèi)同時發(fā)生的病變。被認(rèn)為是研究GBM自然進(jìn)化的絕佳模型，因為它們可能代表腫瘤進(jìn)展的各個階段。

本文對8個多灶性IDH野生型原發(fā)性GBM的61,062個細(xì)胞進(jìn)行了單細(xì)胞測序，研究表明缺氧可以通過激活HIF1A-FOSL2軸潛在地促進(jìn)腫瘤的自然進(jìn)化特征 (NES)。這一過程可能是通過募集并誘導(dǎo)單核細(xì)胞極化為M2樣巨噬細(xì)胞實現(xiàn)的，高NES腫瘤細(xì)胞可以通過激活FOSL2-ANXA1-FPR1/3軸來募集和極化骨髓來源的巨噬細(xì)胞。這些極化的巨噬細(xì)胞可以有效地抑制T細(xì)胞活性并加速腫瘤細(xì)胞中的NES轉(zhuǎn)換，通過對FOSL2的下游基因ANXA1進(jìn)行敲除，顯著降低了巨噬細(xì)胞對CD8+T細(xì)胞的抑制作用，以及GL261衍生的同系神經(jīng)膠質(zhì)瘤小鼠模型中的腫瘤進(jìn)展，這意味著ANXA1可能是GBM治療的潛在靶點。與極化巨噬細(xì)胞共培養(yǎng)的腫瘤細(xì)胞傾向于增加NES，這可能與多種轉(zhuǎn)錄因子（例如FOSL2）和通路（例如EMT）的激活有關(guān)。這種進(jìn)展還伴隨著遷移能力的增強，這與極化巨噬細(xì)胞產(chǎn)生的CCL2相關(guān)。這表明極化巨噬細(xì)胞可以上調(diào)CCL2誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞遷移�？傊�，這項研究為自然腫瘤進(jìn)化提供了前所未有的高分辨率表征，還有免疫環(huán)境重塑和腫瘤遷移。

這種腫瘤細(xì)胞和巨噬細(xì)胞之間的頻繁相互作用增強了我們對GBM進(jìn)展的理解。并確定了腫瘤的自然進(jìn)化特征 (NES)。

 

05

單細(xì)胞分析確定慢性鼻竇炎炎癥異質(zhì)性的機制

人類氣道慢性炎癥性疾病，包括慢性鼻竇炎(CRS)和哮喘，他們都有特定的發(fā)病機制，并且經(jīng)常并存。目前的臨床指南仍然推薦局部糖皮質(zhì)激素作為治療CRS和哮喘的主要藥物，但不考慮疾病亞型。但由于CRS和哮喘亞型的異質(zhì)性，如2型和非2型炎癥，治療的療效是不同的且相當(dāng)不穩(wěn)定。目前對于慢性鼻竇炎(CRS)和哮喘的細(xì)胞微環(huán)境的異質(zhì)性知之甚少。

在此，研究者對健康個體和患有三種CRS亞型的患者的鼻黏膜進(jìn)行了單細(xì)胞RNA測序(scRNA-seq)，并確定了特定于CRS亞型發(fā)病機制的疾病特異性細(xì)胞亞群和分子。結(jié)果顯示，ALOX15+巨噬細(xì)胞通過分泌趨化因子招募嗜酸性粒細(xì)胞、單核細(xì)胞和T輔助細(xì)胞2 (TH2)，參與了一種CRS亞型(嗜酸性CRS伴鼻息肉(eCRSwNP))的2型免疫驅(qū)動發(fā)病機制。ALOX15抑制劑可減少人巨噬細(xì)胞中促炎趨化因子的釋放，并抑制嗜酸性鼻竇炎小鼠模型中2型免疫的過度激活。

研究者的發(fā)現(xiàn)促進(jìn)了對異質(zhì)免疫微環(huán)境和CRS亞型發(fā)病機制的理解，并確定了治療CRS和潛在的其他2型免疫介導(dǎo)疾病的潛在治療方法。

 

參考文獻(xiàn)：

[1] Mirji G, Worth A, Bhat SA, El Sayed M, Kannan T, Goldman AR, Tang HY, Liu Q, Auslander N, Dang CV, Abdel-Mohsen M, Kossenkov A, Stanger BZ, Shinde RS. The microbiome-derived metabolite TMAO drives immune activation and boosts responses to immune checkpoint blockade in pancreatic cancer. Sci Immunol. 2022 Sep 9;7(75):eabn0704. doi: 10.1126/sciimmunol.abn0704. Epub 2022 Sep 9. PMID: 36083892.

[2] Fang R, Xia C, Close JL, Zhang M, He J, Huang Z, Halpern AR, Long B, Miller JA, Lein ES, Zhuang X. Conservation and divergence of cortical cell organization in human and mouse revealed by MERFISH. Science. 2022 Jul;377(6601):56-62. doi: 10.1126/science.abm1741. Epub 2022 Jun 30. PMID: 35771910; PMCID: PMC9262715.

[3] Qi J, Sun H, Zhang Y, Wang Z, Xun Z, Li Z, Ding X, Bao R, Hong L, Jia W, Fang F, Liu H, Chen L, Zhong J, Zou D, Liu L, Han L, Ginhoux F, Liu Y, Ye Y, Su B. Single-cell and spatial analysis reveal interaction of FAP+ fibroblasts and SPP1+ macrophages in colorectal cancer. Nat Commun. 2022 Apr 1;13(1):1742. doi: 10.1038/s41467-022-29366-6. PMID: 35365629; PMCID: PMC8976074.

[4] Wu L, Wu W, Zhang J, Zhao Z, Li L, Zhu M, Wu M, Wu F, Zhou F, Du Y, Chai RC, Zhang W, Qiu X, Liu Q, Wang Z, Li J, Li K, Chen A, Jiang Y, Xiao X, Zou H, Srivastava R, Zhang T, Cai Y, Liang Y, Huang B, Zhang R, Lin F, Hu L, Wang X, Qian X, Lv S, Hu B, Zheng S, Hu Z, Shen H, You Y, Verhaak RG, Jiang T, Wang Q. Natural coevolution of tumor and immunoenvironment in glioblastoma. Cancer Discov. 2022 Sep 19:CD-22-0196. doi: 10.1158/2159-8290.CD-22-0196. Epub ahead of print. PMID: 36122307.

[5] Wang W, Xu Y, Wang L, Zhu Z, Aodeng S, Chen H, Cai M, Huang Z, Han J, Wang L, Lin Y, Hu Y, Zhou L, Wang X, Zha Y, Jiang W, Gao Z, He W, Lv W, Zhang J. Single-cell profiling identifies mechanisms of inflammatory heterogeneity in chronic rhinosinusitis. Nat Immunol. 2022 Sep 22. doi: 10.1038/s41590-022-01312-0. Epub ahead of print. PMID: 36138182.

 

免責(zé)聲明：本文資源來源于網(wǎng)絡(luò)，版權(quán)歸原作者所有，本文資源僅供學(xué)習(xí)使用，不作任何商業(yè)用途，若有侵權(quán)，請聯(lián)系后臺刪除。