單細(xì)胞與空間轉(zhuǎn)錄組在癌癥和細(xì)胞療效研究中的應(yīng)用盤點(diǎn)

01

靶向PD-L1的CSR提升CAR-T細(xì)胞療效的分子機(jī)制

CAR-T療法在血液惡性腫瘤中療效顯著，但在實(shí)體瘤中治療效果卻并不明顯，其主要原因包括實(shí)體瘤細(xì)胞表達(dá)的PD-L1等抑制性分子結(jié)合CAR-T細(xì)胞表面的PD-1進(jìn)而抑制CAR-T細(xì)胞的功能，以及CA-T細(xì)胞的持久性太低，為了將PD-L1對(duì)CAR-T細(xì)胞的抑制性信號(hào)轉(zhuǎn)換為激活信號(hào)，多個(gè)研究組在CAR-T細(xì)胞中共表達(dá)靶向PD-L1的嵌合轉(zhuǎn)換型受體（CSR），并提升了CAR-T細(xì)胞的抗腫瘤活性，但目前對(duì)于共表達(dá)在CAR-T細(xì)胞的CSR會(huì)不會(huì)影響CAR-T細(xì)胞本身的PD-L1對(duì)CAR-T細(xì)胞抗腫瘤活性仍不清楚。

在本研究中設(shè)計(jì)了不含有CD3ζ鏈的靶向PD-L1的CSR分子CARP，獲得的CARP-T細(xì)胞不具有腫瘤殺傷活性，并在體外和小鼠模型中證明了CARP-T細(xì)胞能夠提升CAR-T細(xì)胞的抗腫瘤活性，促進(jìn)中樞記憶樣CAR-T細(xì)胞的分化，同時(shí)降低CAR-T細(xì)胞IL5、IL10和IL13等Th2型細(xì)胞因子的分泌，這個(gè)過(guò)程可能是由于CARP分子能夠反式結(jié)合激活CAR-T細(xì)胞表面的PD-L1，導(dǎo)致CARP-T細(xì)胞與CAR-T細(xì)胞間發(fā)生連接，進(jìn)一步scRNA-seq發(fā)現(xiàn)CARP-T細(xì)胞與CAR-T細(xì)胞間的連接促進(jìn)了兩種細(xì)胞間CD70與CD27分子的交流，這個(gè)信號(hào)通路進(jìn)一步促進(jìn)了記憶樣CAR-T細(xì)胞的分化和降低了Th2類細(xì)胞因子的分泌，最終提升了CAR-T細(xì)胞的抗腫瘤活性，另外研究團(tuán)隊(duì)還發(fā)現(xiàn)靶向CD19的CRS-T細(xì)胞也能夠共表達(dá)CD19分子的提高CAR-T細(xì)胞的抗腫瘤活性。這意味著此類細(xì)胞間的交流不局限于PD-L1，后續(xù)也有可能會(huì)發(fā)現(xiàn)更多的CSR來(lái)提高CAR-T的治療效果。

02

測(cè)評(píng)來(lái)了--整合單細(xì)胞與空間轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)評(píng)估細(xì)胞間互作分析算法

每個(gè)細(xì)胞就像一個(gè)人，都有自己的社交網(wǎng)絡(luò)，這也構(gòu)成了多細(xì)胞生物生命活動(dòng)的基礎(chǔ)，細(xì)胞間相互作用（CCI）可以通過(guò)配體、受體、代謝物等信號(hào)分子來(lái)進(jìn)行，從而實(shí)現(xiàn)胞內(nèi)調(diào)控網(wǎng)絡(luò)與胞外信號(hào)的動(dòng)態(tài)調(diào)控過(guò)程，單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組技術(shù)和空間轉(zhuǎn)錄組技術(shù)的發(fā)展使得通過(guò)計(jì)算手段預(yù)測(cè)細(xì)胞互作成為可能，然而大量的預(yù)測(cè)方法準(zhǔn)確性如何并沒(méi)有評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)。

本文由來(lái)自同濟(jì)大學(xué)的王晨飛課題組構(gòu)建了一個(gè)綜合的流程以評(píng)估CCI預(yù)測(cè)方法結(jié)果的準(zhǔn)確性。首先基于配體-受體互作數(shù)據(jù)庫(kù)和空間轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)定義了已知配體-受體相互作用的空間距離傾向性，然后基于這種距離傾向性構(gòu)建了一個(gè)綜合的流程來(lái)評(píng)估CCI預(yù)測(cè)方法，本文共評(píng)估了15種常用的CCI預(yù)測(cè)方法，并利用配對(duì)的scRNA和ST數(shù)據(jù)將計(jì)算的CCI空間距離傾向性和期望的傾向性進(jìn)行量化，來(lái)評(píng)估預(yù)測(cè)結(jié)果是否符合實(shí)際的空間分布，通過(guò)比較CellChat，ICELLNET，SingleCellSignalR，NicheNet，CellPhoneDB平均排名位于前列，展現(xiàn)出了與期望空間距離傾向較好的一致性。文章還評(píng)估了不同方法結(jié)果的相似性，發(fā)現(xiàn)相似的算法更傾向于獲得更多共有的結(jié)果，所以共有結(jié)果不能用于衡量CCI預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性，在項(xiàng)目執(zhí)行過(guò)程中應(yīng)綜合考慮。

03

scRNA-seq&scATAC圖譜揭示效應(yīng)、記憶和耗竭CD8 T細(xì)胞的共享和差異化生物學(xué)特征

Naïve CD8 T細(xì)胞在急性感染或者疫苗接種過(guò)程中可以增殖分化為效應(yīng)（Teff）和記憶（Tmem）CD8 T細(xì)胞，但在慢性感染、癌癥或自身免疫疾病發(fā)展過(guò)程中會(huì)分化為功能失調(diào)的耗竭（Tex）CD8 T細(xì)胞，其不同的分化途徑導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄和表觀特征的變化，但人們對(duì)于Teff、Tmem和Tex細(xì)胞的分化發(fā)育途徑和異質(zhì)性程度，以及潛在的轉(zhuǎn)錄和表觀遺傳調(diào)控機(jī)制仍知之甚少。

本研究基于LCMV病毒的急性和慢性感染模型，利用scRNA-seq和scATAC-seq技術(shù)縱向探究了不同分化時(shí)間點(diǎn)的Teff、Tmem和Tex細(xì)胞。首先鑒定了在Teff、Tmem和Tex細(xì)胞亞群中關(guān)鍵基因Tox，Pdcd1和Tcf7的不同染色質(zhì)可及性特征，然后對(duì)急性感染過(guò)程中的Teff和Tmem細(xì)胞的分化發(fā)育軌跡進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)錄水平和ATAC水平鑒定到的細(xì)胞類型并不完全相同，同時(shí)也基于鑒定的結(jié)果確定了急性感染中Teff、Tmem的分化是在d8天出現(xiàn)的，并且轉(zhuǎn)錄因子Zeb2-Zeb2是在急性感染模型中CD8 T細(xì)胞CTL和non-CTL細(xì)胞類群分支分化中起到重要作用，進(jìn)一步更長(zhǎng)時(shí)間的記憶細(xì)胞scRNA-seq結(jié)果表明，長(zhǎng)壽記憶CD8 T細(xì)胞的效應(yīng)功能在急性感染的早期就已被表觀遺傳特征所決定。在慢性感染模型早期發(fā)現(xiàn)了與急性感染不同的eff-like細(xì)胞類型，他們高表達(dá)耗竭相關(guān)基因，而在感染晚期，他們發(fā)現(xiàn)了一群以前未鑒定到的Tex細(xì)胞，命名為Exh-KLR細(xì)胞，高表達(dá)NK細(xì)胞相關(guān)基因，這群細(xì)胞與其他Tex細(xì)胞相比，具有更強(qiáng)的細(xì)胞毒性潛能，并且通過(guò)差異分析發(fā)現(xiàn)Exh-KLR細(xì)胞和急性感染中的CTL和Mem-CTL細(xì)胞有著不同的分化路徑，但是它們之間共享了表達(dá)NK細(xì)胞受體相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄程序，轉(zhuǎn)錄因子富集分析也發(fā)現(xiàn)Exh-KLR細(xì)胞和CTL細(xì)胞群中都有著較強(qiáng)的Zeb2基因活性，而有著很低的Zeb1基因活性，但這群細(xì)胞和CTL不同的是保留了很強(qiáng)的Tox基因活性。

總之這些表明了具有不同染色質(zhì)景觀的CD8 T細(xì)胞在不同分化發(fā)育途徑中可以使用共享的生物學(xué)特征，但同時(shí)也保留了其各自的分化途徑特有的分子特征。

04

篩狀前列腺癌的單細(xì)胞分析揭示了侵襲性疾病的細(xì)胞內(nèi)在通路和腫瘤微環(huán)境通路

前列腺癌是男性最常見(jiàn)的癌癥之一，也是因轉(zhuǎn)移性疾病進(jìn)展而導(dǎo)致癌癥相關(guān)死亡的主要原因。前列腺根治術(shù)中篩狀形態(tài)檢測(cè)的男性患者更有可能出現(xiàn)生化復(fù)發(fā)、轉(zhuǎn)移性復(fù)發(fā)和前列腺癌特異性死亡。篩狀前列腺癌，見(jiàn)于浸潤(rùn)性篩狀癌(ICC)和導(dǎo)管內(nèi)癌(IDC)，是一種侵襲性組織學(xué)亞型。ICC/IDC對(duì)相當(dāng)一部分前列腺癌患者有所影響，這些患者也有較高的罹患致命前列腺癌的風(fēng)險(xiǎn)。

為了闡明ICC/IDC侵襲性的分子和細(xì)胞基礎(chǔ)，此研究通過(guò)單細(xì)胞RNA測(cè)序、TCR測(cè)序和組織學(xué)檢查7例成對(duì)的ICC/IDC和良性前列腺手術(shù)樣本。ICC/IDC癌細(xì)胞表達(dá)與轉(zhuǎn)移和靶點(diǎn)相關(guān)的基因，具有治療干預(yù)的潛力。通路分析和配體/受體狀態(tài)模擬了ICC/IDC與包括JAG1/NOTCH在內(nèi)的腫瘤微環(huán)境(TME)之間的相互作用。ICC/IDC TME的特征是血管生成和免疫抑制成纖維細(xì)胞(CTHRC1+ASPN+FAP+ENG+)增多，同時(shí)T細(xì)胞減少，T細(xì)胞功能障礙升高，C1QB+TREM2+APOE+- M2巨噬細(xì)胞增多。這些發(fā)現(xiàn)支持癌細(xì)胞內(nèi)在通路和復(fù)雜的免疫抑制TME有助于ICC/IDC的侵襲表型。這些數(shù)據(jù)強(qiáng)調(diào)了在ICC/IDC患者中恢復(fù)免疫信號(hào)通路的潛在治療機(jī)會(huì)，這種治療可能會(huì)有更好地效果。

05

單細(xì)胞及空間多組學(xué)分析揭示CAF在組織和物種中的保守性以及應(yīng)對(duì)不同干預(yù)的動(dòng)態(tài)平衡過(guò)程

癌癥相關(guān)成纖維細(xì)胞（CAF）是實(shí)體腫瘤微環(huán)境的組成部分，可促進(jìn)腫瘤增殖，侵襲和轉(zhuǎn)移和比較差的預(yù)后，而CAF耗竭也可加速腫瘤，這種自相矛盾的現(xiàn)象使得我們要對(duì)其復(fù)雜性進(jìn)行更深入的了解，進(jìn)展單細(xì)胞研究已經(jīng)解析了不同CAF的表型。

本文則對(duì)同一細(xì)胞進(jìn)行scRNA-seq+scATAC-seq結(jié)合空間轉(zhuǎn)錄和蛋白組進(jìn)一步對(duì)CAF的亞型進(jìn)行解析。首先對(duì)乳腺癌小鼠模型進(jìn)行了單細(xì)胞分析定義了三個(gè)新的CAF亞型：類穩(wěn)態(tài)（SSL）、機(jī)械反應(yīng)（MR）和免疫調(diào)節(jié)（IM）CAF，并且這三種亞型在不同組織的腫瘤中是保守的，接著使用ArchR's包進(jìn)行了細(xì)胞多組學(xué)聯(lián)合，并繪制了不同CAF亞型的ATAC圖譜，然后基于空間轉(zhuǎn)錄組和CODEX技術(shù)進(jìn)一步分析了內(nèi)源性小鼠乳腺腫瘤組織，并鑒定出MR、SSL和IM CAF亞型位于腫瘤的空間上不同的區(qū)域，然后利用成纖維細(xì)胞對(duì)機(jī)械轉(zhuǎn)導(dǎo)的特異性破壞導(dǎo)致SSL CAF增加和更具攻擊性，在有治療反應(yīng)的患者中，暴露于免疫檢查點(diǎn)抑制會(huì)導(dǎo)致SSL CAF的減少和IM CAF的成比例增加。

這些數(shù)據(jù)表明三種亞型之間的動(dòng)態(tài)平衡具有重要意義，識(shí)別腫瘤跨區(qū)域共享CAF子類型擴(kuò)大了有效CAF靶向治療。

參考文獻(xiàn)：

[1] Qin L, Cui Y, Yuan T, Chen D, Zhao R, Li S, Jiang Z, Wu Q, Long Y, Wang S, Tang Z, Pan H, Li X, Wei W, Yang J, Luo X, Zhang Z, Tang Q, Liu P, Weinkove R, Yao Y, Qin D, Thiery JP, Li P. Co-expression of a PD-L1-specific chimeric switch receptor augments the efficacy and persistence of CAR T cells via the CD70-CD27 axis. Nat Commun. 2022 Oct 13;13(1):6051. doi: 10.1038/s41467-022-33793-w. PMID: 36229619; PMCID: PMC9561169.

[2] Liu Z, Sun D, Wang C. Evaluation of cell-cell interaction methods by integrating single-cell RNA sequencing data with spatial information. Genome Biol. 2022 Oct 17;23(1):218. doi: 10.1186/s13059-022-02783-y. PMID: 36253792; PMCID: PMC9575221.

[3] Giles JR, Ngiow SF, Manne S, Baxter AE, Khan O, Wang P, Staupe R, Abdel-Hakeem MS, Huang H, Mathew D, Painter MM, Wu JE, Huang YJ, Goel RR, Yan PK, Karakousis GC, Xu X, Mitchell TC, Huang AC, Wherry EJ. Shared and distinct biological circuits in effector, memory and exhausted CD8+ T cells revealed by temporal single-cell transcriptomics and epigenetics. Nat Immunol. 2022 Oct 21. doi: 10.1038/s41590-022-01338-4. Epub ahead of print. PMID: 36271148.

[4] Wong HY, Sheng Q, Hesterberg AB, Croessmann S, Rios BL, Giri K, Jackson J, Miranda AX, Watkins E, Schaffer KR, Donahue M, Winkler E, Penson DF, Smith JA, Herrell SD, Luckenbaugh AN, Barocas DA, Kim YJ, Graves D, Giannico GA, Rathmell JC, Park BH, Gordetsky JB, Hurley PJ. Single cell analysis of cribriform prostate cancer reveals cell intrinsic and tumor microenvironmental pathways of aggressive disease. Nat Commun. 2022 Oct 13;13(1):6036. doi: 10.1038/s41467-022-33780-1. PMID: 36229464; PMCID: PMC9562361.

[5] Foster DS, Januszyk M, Delitto D, Yost KE, Griffin M, Guo J, Guardino N, Delitto AE, Chinta M, Burcham AR, Nguyen AT, Bauer-Rowe KE, Titan AL, Salhotra A, Jones RE, da Silva O, Lindsay HG, Berry CE, Chen K, Henn D, Mascharak S, Talbott HE, Kim A, Nosrati F, Sivaraj D, Ransom RC, Matthews M, Khan A, Wagh D, Coller J, Gurtner GC, Wan DC, Wapnir IL, Chang HY, Norton JA, Longaker MT. Multiomic analysis reveals conservation of cancer-associated fibroblast phenotypes across species and tissue of origin. Cancer Cell. 2022 Oct 10:S1535-6108(22)00444-5. doi: 10.1016/j.ccell.2022.09.015. Epub ahead of print. PMID: 36270275.

免責(zé)聲明：本文資源來(lái)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(qǐng)聯(lián)系后臺(tái)刪除。