湯富酬/王潔團隊通過單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組譜揭示了小細(xì)胞肺癌的腫瘤異質(zhì)性

01

湯富酬/王潔團隊通過單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組譜揭示了小細(xì)胞肺癌的腫瘤異質(zhì)性

小細(xì)胞肺癌（SCLC）是一種極具侵襲性的惡性腫瘤類型，其特點是生長迅速、早期發(fā)展為廣泛轉(zhuǎn)移和獲得性放療和化療耐藥,目前沒有可靠的生物標(biāo)志物可以準(zhǔn)確預(yù)測臨床結(jié)果。單細(xì)胞RNA測序（scRNA-seq）技術(shù)提供了一個機會來分析TME中的細(xì)胞成分，但仍然沒有關(guān)于匹配的原發(fā)性腫瘤（PT），腫瘤附近的正常肺組織（NAT）和復(fù)發(fā)腫瘤（RT）的scRNA-seq研究。

湯富酬教授聯(lián)合王潔教授團隊對11例SCLC患者的原發(fā)肺組織和匹配的相鄰正常肺組織的新鮮樣本進行修飾的單細(xì)胞標(biāo)記的逆轉(zhuǎn)錄測序（STRT-seq），揭示了這種惡性癌癥在單細(xì)胞分辨率下的異質(zhì)細(xì)胞結(jié)構(gòu)。并且發(fā)現(xiàn)SCLC腫瘤中的惡性細(xì)胞存在與細(xì)胞周期、免疫、缺氧、EMT等特征相關(guān)的異質(zhì)表達(dá)程序，細(xì)胞周期程序在所有SCLC患者中占很大比例，這解釋了為什么SCLC患者總是受益于針對高度增殖細(xì)胞群的放射治療和化療。其他相對靜止的細(xì)胞具有不同的轉(zhuǎn)錄程序，可能導(dǎo)致治療耐藥和腫瘤復(fù)發(fā)，該研究數(shù)據(jù)還揭示了SCLC中關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子（TFs）的瘤內(nèi)異質(zhì)性（ITH）以及相關(guān)基因的表達(dá)模式和功能。SCLC中非神經(jīng)內(nèi)分泌（non-NE）腫瘤與炎癥基因特征和免疫細(xì)胞浸潤增加相關(guān)，這有助于對免疫檢查點抑制劑產(chǎn)生更好的反應(yīng)。

總之，這些發(fā)現(xiàn)表明了人類SCLC的顯著異質(zhì)性，以及癌細(xì)胞和TME之間在單細(xì)胞分辨率上的密集交互，但樣本量相對較小，并且也需要更多的體外和體內(nèi)研究以進一步破譯腫瘤內(nèi)異質(zhì)性與SCLC臨床病理特征之間的關(guān)系。

 

02

多組織snATAC-sew揭示衰老表觀圖譜，并發(fā)現(xiàn)小鼠大腦興奮性神經(jīng)元異染色質(zhì)結(jié)構(gòu)域的年齡相關(guān)性衰退

衰老是心血管疾病、癌癥、神經(jīng)退行性疾病、II型糖尿病和其他各種常見疾病的主要風(fēng)險因素，最近的研究發(fā)現(xiàn)了衰老的分子特征，包括基因組不穩(wěn)定、端粒磨損、蛋白質(zhì)平衡喪失、線粒體功能障礙和表觀遺傳改變，衰老相關(guān)的單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組結(jié)果也描繪了衰老過程中細(xì)胞組成變化、衰老細(xì)胞的積累、衰老細(xì)胞中轉(zhuǎn)錄噪聲的增加、許多細(xì)胞類型中常見的衰老特征以及每種細(xì)胞類型特有的特征發(fā)生變化。異染色質(zhì)的丟失被認(rèn)為是哺乳動物過早衰老和與年齡相關(guān)的器官功能下降的原因，對整個生命周期的表觀基因組進行分析能讓我們更深入了解衰老過程中的轉(zhuǎn)錄調(diào)控。

在本研究中，作者使用單核轉(zhuǎn)座酶可及染色質(zhì)測序 (snATAC-seq)，以單細(xì)胞分辨率研究小鼠額皮質(zhì)、海馬、心臟、骨髓和骨骼肌的227,529個細(xì)胞中染色質(zhì)可及性的年齡依賴性變化。對獲得的32種主要細(xì)胞類型中353,126個候選順式調(diào)控元素 (cCREs) 的年齡相關(guān)變化進行評估，發(fā)現(xiàn)年齡相關(guān)的可及性變化主要集中在腦細(xì)胞中，進一步研究發(fā)現(xiàn)，在老年小鼠興奮性神經(jīng)元中檢測到特定異染色質(zhì)域內(nèi)染色質(zhì)可及性增加，表明特定細(xì)胞類型的異染色質(zhì)丟失和LINE1元素的激活，在哺乳動物中異染色質(zhì)通常由組蛋白的超甲基化組抑制其活性，使用單核RNA-seq和配對標(biāo)記分析了小鼠腦組織中的基因表達(dá)和異染色質(zhì)標(biāo)記H3K9三甲基化 (H3K9me3) 進一步證實異染色質(zhì)標(biāo)記H3K9me3在興奮性神經(jīng)元中丟失，而在抑制性神經(jīng)元或膠質(zhì)細(xì)胞中不丟失。

總之，該研究結(jié)果揭示了老年小鼠染色質(zhì)圖譜的細(xì)胞類型特異性變化，并闡明了哺乳動物衰老過程中異染色質(zhì)丟失的范圍。

 

03

單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組揭示慢性鼻竇炎的新機制與治療新靶點

慢性鼻竇炎（CRS）是患病率最高的慢性病之一，分為慢性鼻竇炎不伴息肉（CRSsNP)、慢性鼻竇炎伴息肉（CRSwNP）兩種表型，最新指南中將其劃分為嗜酸性慢性鼻竇炎（2型炎癥）和非嗜酸性慢性鼻竇炎（非2型炎癥），其中嗜酸性慢性鼻竇炎伴鼻息肉（eCRSwNP）是臨床治療最棘手的亞型由于炎癥類型的異質(zhì)性患者需采取個性化診療方案。

本文對健康個體（5例）和三種CRS亞型（5例CRSsNP，6例eCRSwNP，5例neCRSwNP）患者的鼻粘膜進行了單細(xì)胞RNA測序（scRNA-seq），發(fā)現(xiàn)患者富集免疫細(xì)胞，并且在嗜酸性鼻息肉（eCRSwNP）中表現(xiàn)出基底細(xì)胞過度增生、異常分化及保護性細(xì)胞分子確實導(dǎo)致屏障功能受損，TH2細(xì)胞、ILC2細(xì)胞、IL5RA+漿細(xì)胞、細(xì)胞毒性CX3CR1+CD8+TEFF細(xì)胞和NK細(xì)胞增加及伴隨CD8+TRM細(xì)胞的缺失促進eCRSwNP中2型炎癥的發(fā)病機制，也發(fā)現(xiàn)ALOX15+巨噬細(xì)胞的富集是主要通過分泌趨化因子招募效應(yīng)細(xì)胞（如嗜酸性粒細(xì)胞、單核細(xì)胞和T輔助因子2（TH2）細(xì)胞）促進炎癥相關(guān)細(xì)胞的浸潤從而驅(qū)動2型免疫反應(yīng)發(fā)生的主要因素，在小鼠模型中也發(fā)現(xiàn)ALOX15抑制劑可有效緩解2型炎癥，對嗜酸性鼻竇炎產(chǎn)生很好的療效，表明ALOX15有可能成為治療eCRSwNP的新藥物靶點。

 

04

單細(xì)胞RNA+TCR+ATAC揭示卵巢癌中免疫細(xì)胞的關(guān)鍵特征

由于卵巢癌腫瘤中存在一定水平的T細(xì)胞，因此被認(rèn)為能被檢查點抑制劑所影響的腫瘤類型，但目前人類卵巢癌的免疫治療的效果仍不理想。

本研究中，研究者通過單細(xì)胞RNA+TCR+ATAC和免疫組化等技術(shù)，分別在單細(xì)胞和組織水平對卵巢癌患者的樣本進行了全面的分析。對83,454個CD3+CD8+CD103+CD69+TRM細(xì)胞的單細(xì)胞RNA/TCR/ATAC以及122例卵巢癌免疫組化結(jié)果分析發(fā)現(xiàn)，組織駐留記憶（TRM）細(xì)胞是卵巢癌浸潤性T細(xì)胞中腫瘤識別的主要特征。并且這些TRM細(xì)胞源于循環(huán)T細(xì)胞，經(jīng)過分化轉(zhuǎn)化為TRM干細(xì)胞，產(chǎn)生活性靶向作用于癌細(xì)胞，其中一些活躍的T細(xì)胞最終還會轉(zhuǎn)化為耗竭且失活的狀態(tài)。TRM干細(xì)胞對于機體的抗腫瘤免疫活性非常重要，可能與卵巢癌患者生存率的改善密切相關(guān)。

總之，本研究結(jié)果確定了人類卵巢癌中相關(guān)的腫瘤反應(yīng)性T細(xì)胞的特征，以及對介導(dǎo)宿主機體免疫反應(yīng)非常重要的細(xì)胞類型，這也許有助于未來開發(fā)卵巢癌的新型靶向性療法。

 

05

單細(xì)胞多組學(xué)構(gòu)建人腦類器官命運調(diào)控譜圖

解析大腦的發(fā)育機制一直是神經(jīng)科學(xué)家們的研究目標(biāo)，而利用人類干細(xì)胞在受控培養(yǎng)環(huán)境中生成復(fù)雜的類腦組織的能力，為理解人類大腦發(fā)育的機制提供了很大的便利，胚胎干細(xì)胞（ES）或誘導(dǎo)多能干細(xì)胞（iPS）發(fā)育為三維神經(jīng)上皮細(xì)胞，其自我模式化、區(qū)域化，并最終形成不同大腦區(qū)域1、2、3的神經(jīng)元。每個細(xì)胞的命運和狀態(tài)都部分受到復(fù)雜的轉(zhuǎn)錄因子（TFs）調(diào)控。

本文研究對3個iPS細(xì)胞和1個ES干細(xì)胞的11個時間點的類器官組織進行了配對的scRNA-seq和scATAC-seq，這些時間點涵蓋了胚胎樣體形成、神經(jīng)外胚層誘導(dǎo)、神經(jīng)上皮化、神經(jīng)祖細(xì)胞模式化和神經(jīng)發(fā)生，生成了大腦類器官發(fā)育過程中的單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組和單細(xì)胞染色質(zhì)可及性分析數(shù)據(jù)庫。該研究也揭示了整個時間過程中細(xì)胞狀態(tài)的相對連續(xù)分布，器官發(fā)育從多能性（POU5F1）開始，經(jīng)過神經(jīng)祖細(xì)胞（NPC）狀態(tài)（PAX6、VIM），到背側(cè)端腦（EMX1、NEUROD6）、腹側(cè)端腦的祖細(xì)胞和神經(jīng)元狀態(tài)（DLX5、ISL1、GAD1）；然后作者們采用Pando算法來推斷大腦類器官發(fā)育的基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，發(fā)現(xiàn)隨著類器官發(fā)育階段變化基因調(diào)控區(qū)的可及性和轉(zhuǎn)錄組因子表達(dá)隨之變化，并在大腦區(qū)域分化發(fā)育過程中分離；然后作者們基于類器官及人類早期大腦皮層不同階段表達(dá)的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子設(shè)計了一個靶向20個TF的gRNA庫，并構(gòu)建了基因敲除的鑲嵌類器官，然后通過scRNA-seq進一步分析這些轉(zhuǎn)錄因子的細(xì)胞類型異質(zhì)性，接著研究者把目標(biāo)聚焦在了HES1和GLI3這兩個基因，并利用CRISPR-Cas9基因編輯技術(shù)敲除了GLI3，證實了GLI3在人類皮層神經(jīng)元命運的建立中是必要的，它的缺失會影響腹側(cè)端腦的發(fā)育。

該研究為如何利用人類模型系統(tǒng)和單細(xì)胞技術(shù)重建人類發(fā)育生物學(xué)提供了一個工作范例。

 

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