空間多組學(xué)解析膠質(zhì)母細(xì)胞瘤中腫瘤-宿主的雙向依賴性

01

單細(xì)胞測序-揭示傷害感受神經(jīng)元驅(qū)動杯狀細(xì)胞粘液分泌機(jī)制

研究者發(fā)現(xiàn)，缺乏痛覺感受神經(jīng)的小鼠產(chǎn)生的保護(hù)性粘液更少，并且腸道微生物組成也發(fā)生了變化，并對其發(fā)生機(jī)制進(jìn)行了研究。通過單細(xì)胞測序發(fā)現(xiàn)，Nav1.8+CGRP+傷害感受神經(jīng)元與腸道杯狀細(xì)胞直接相互作用時，會釋放保護(hù)性粘液。小鼠和人類消化道細(xì)胞表達(dá)Ramp1（神經(jīng)肽CGRP的受體）。傷害感受器通過CGRP-Ramp1途徑發(fā)出信號，從而誘導(dǎo)杯狀細(xì)胞粘液分泌。給予CGRP能夠保護(hù)傷害感受器缺失的小鼠免受結(jié)腸炎的影響。

這項(xiàng)研究證明了疼痛可能會以更直接的方式保護(hù)機(jī)體，而不僅是通過檢測到潛在傷害并向大腦發(fā)送信號的傳統(tǒng)方式�？傊�，這項(xiàng)研究揭示了腸道內(nèi)疼痛調(diào)節(jié)神經(jīng)與腸道上皮細(xì)胞交流機(jī)制，證明神經(jīng)系統(tǒng)在腸道屏障維護(hù)和炎癥保護(hù)機(jī)制中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。

 

02

scRNA-seq和scBCR-seq助力長壽漿細(xì)胞亞群的鑒定

長壽漿細(xì)胞（LLPC）是在次級淋巴器官或發(fā)炎組織中初步分化后進(jìn)入骨髓中的壁龕的一類高度特化的抗體分泌細(xì)胞，LLPC是體液免疫記憶的重要組成部分，也是疫苗誘導(dǎo)的長期保護(hù)的基礎(chǔ)，因此了解LLPC的差異和其維持特性至關(guān)重要，但由于漿細(xì)胞數(shù)量稀少且缺乏已知的表面分子，對其的了解非常有限。

本文結(jié)合scRNA-seq和scBCR-seq技術(shù)對小鼠脾臟和骨髓中的漿細(xì)胞進(jìn)行了分析，首先基于單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組結(jié)果揭示了SPPC和BMPC的異質(zhì)性，這些PC細(xì)胞的異質(zhì)性受到免疫球蛋白同種型、駐留組織和生發(fā)中心的記憶影響，然后基于免疫組庫數(shù)據(jù)比較免疫和非免疫小鼠識別免疫誘導(dǎo)的LLPC細(xì)胞，遺傳脈搏追蹤方法進(jìn)一步鑒定了LLPC，并基于IgA和IgM PC的分布揭示了LLPC的異質(zhì)性，表明他們擁有不同的分化路徑，然后對漿細(xì)胞的半衰期研究，發(fā)現(xiàn)長壽漿細(xì)胞和短效漿細(xì)胞的細(xì)胞表面標(biāo)記存在明顯差異，不同漿細(xì)胞的抗體分子特征受到的誘導(dǎo)條件和分化場所的影響，比如IgG型長壽漿細(xì)胞與一部分IgA型長壽漿細(xì)胞可被外源抗原免疫或病毒感染誘導(dǎo)，曾經(jīng)歷生發(fā)中心內(nèi)的親和力成熟過程，而IgM型長壽漿細(xì)胞的生成并不依賴于生發(fā)中心反應(yīng)，有意思的是這些漿細(xì)胞包含的抗體分子可識別來自自身與腸道菌群的抗原，提示他們具有固有免疫細(xì)胞的特征。

這些結(jié)果，將來還可能幫助我們改善抗體疫苗，也可能幫我們針對抗體介導(dǎo)的自身免疫病開發(fā)出靶向漿細(xì)胞的精準(zhǔn)治療方法。

 

03

空間多組學(xué)解析膠質(zhì)母細(xì)胞瘤中腫瘤-宿主的雙向依賴性

膠質(zhì)母細(xì)胞瘤是中樞神經(jīng)系統(tǒng)的惡性腫瘤，具有亞克隆多樣性和細(xì)胞狀態(tài)的動態(tài)可塑性。這些腫瘤在空間背景下動態(tài)重組的來源仍然未知。

在此研究中，研究者通過空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)、代謝組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)來表征膠質(zhì)母細(xì)胞瘤。他們將膠質(zhì)母細(xì)胞瘤干細(xì)胞模型植入人類和嚙齒動物新皮質(zhì)組織模擬各種環(huán)境，以證實(shí)轉(zhuǎn)錄狀態(tài)源于對不同環(huán)境的動態(tài)適應(yīng)。空間轉(zhuǎn)錄組顯示惡性樣本之間異質(zhì)性較大，每個樣本以其獨(dú)特的基因表達(dá)譜為特征。研究者將空間轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)與已有的單細(xì)胞和組織學(xué)數(shù)據(jù)整合分析重現(xiàn)了五種空間轉(zhuǎn)錄模式——兩個與膠質(zhì)相關(guān)基因高表達(dá)相關(guān)的空間不同的轉(zhuǎn)錄模式：一個與放射狀神經(jīng)膠質(zhì)相關(guān)基因表達(dá)增加相關(guān)，稱為“Radial Glia”；另一個顯示了炎癥相關(guān)基因和INF-γ通路的功能富集，稱為“Reactive Immune”；其余的轉(zhuǎn)錄模式顯示出與神經(jīng)膠質(zhì)譜系一致：Neuronal Development和Spatial OPC；第五個轉(zhuǎn)錄模式稱為“Reactive Hypoxia”，該模式與缺氧反應(yīng)和糖酵解基因相關(guān)。隨后研究者進(jìn)行代謝組學(xué)來探索空間上不同的Reactive Hypoxia模式。進(jìn)一步分析識別出三個顯著的代謝亞組。他們的發(fā)現(xiàn)為代謝變化和氧化應(yīng)激是基因組多樣性的潛在相互驅(qū)動因素提供了證據(jù)，從而導(dǎo)致膠質(zhì)母細(xì)胞瘤的克隆進(jìn)化。研究者空間蛋白質(zhì)組學(xué)分析發(fā)現(xiàn)Reactive Immune和Reactive Hypoxia區(qū)域均顯示腫瘤相關(guān)髓系細(xì)胞和T細(xì)胞顯著富集。

該研究通過證明宿主環(huán)境在重塑遺傳和轉(zhuǎn)錄異質(zhì)性方面起著重要作用，并提供了對患者間異質(zhì)性的洞察。該研究提示有針對性的治療方法是必要的，強(qiáng)調(diào)了個性化治療方法在神經(jīng)腫瘤學(xué)中的重要性。

 

04

10x Genomics單細(xì)胞、空間和原位解決方案助力繪制高分辨率乳腺癌FFPE組織的腫瘤微環(huán)境圖譜

10x Genomics的單細(xì)胞及空間產(chǎn)品在領(lǐng)域中的地位氏毋庸置疑，但目前的Chromium單細(xì)胞方案和Visium空間技術(shù)方案在解析細(xì)胞原位信息方面并不是特別理想，因此急需一種在不破壞組織結(jié)構(gòu)完整的情況下，具有高復(fù)合度、高通量、可讀取空間信息、具有亞細(xì)胞分辨率，同時兼容新鮮組織和石蠟包埋組織的方法。

2022年10月7日10x Genomics在BioRxiv上發(fā)表了其新開發(fā)的新型原位技術(shù)--Xenium原位技術(shù)解決方案，該技術(shù)原理如下：在Xenium載玻片上制備FF或FFPE組織切片（每塊載玻片上的可成像區(qū)域?yàn)?2mm×24mm）。然后對切片進(jìn)行處理，比如透化或解交聯(lián)，釋放出來的RNA能更好的與可環(huán)化的DNA探針進(jìn)行雜交。雜交探針連接后通過酶促反應(yīng)進(jìn)行滾環(huán)式擴(kuò)增，之后將玻片放入Xenium Analyzer儀器中進(jìn)行多輪熒光探針雜交和成像去除操作，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)基因的定位和識別，最后構(gòu)建出整張組織切片上轉(zhuǎn)錄本的空間圖譜。研究人員選擇乳腺癌作為測試堆型，使用連續(xù)切片分別進(jìn)行了Chromium單細(xì)胞、Visium空間轉(zhuǎn)錄組和Xenium原位技術(shù)檢測，Xenium原位技術(shù)能夠有效的進(jìn)行細(xì)胞邊界的界定，并解決了單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組與Visium中多種細(xì)胞類型混合區(qū)域聯(lián)合注釋不精準(zhǔn)的問題，Xenium原位技術(shù)中92%的細(xì)胞可以精準(zhǔn)地歸入某一類細(xì)胞類型，證明了其在解析細(xì)胞異質(zhì)性中的挖掘能力，與Visium相比，雖然Xenium原位技術(shù)獲得的轉(zhuǎn)錄本信息有限，但兩者表現(xiàn)出的空間位置定位異質(zhì)性較高，并且其靈敏度和特異性方面優(yōu)于VIsium技術(shù)。并且Xenium原位技術(shù)也可以實(shí)現(xiàn)同一張切片上蛋白質(zhì)和RNA的成像。與10x Genomics的單細(xì)胞和空間轉(zhuǎn)錄組產(chǎn)品形成高度互補(bǔ)。

 

05

單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組聯(lián)合空間代謝組揭示腎臟損傷后修復(fù)和發(fā)育的代謝動力學(xué)

細(xì)胞代謝幾乎參與了細(xì)胞生命活動的每一個環(huán)節(jié)，不僅參與細(xì)胞的每一個功能調(diào)控過程，也可以反應(yīng)細(xì)胞瞬時的功能通路狀態(tài)，最具有代表性的例子當(dāng)屬能量代謝增強(qiáng)與線粒體含量增加的緊密聯(lián)系，并且在細(xì)胞代謝過程中的代謝產(chǎn)物也可以影響細(xì)胞分化中表觀遺傳的改變。在人腎臟發(fā)育過程中，腎祖細(xì)胞的自我更新和分化之間的平衡對于腎臟發(fā)育至關(guān)重要，其自我更新主要依賴糖酵解代謝通路，而腎臟缺血性損傷修復(fù)過程也表現(xiàn)除腎小管上皮細(xì)胞糖酵解代謝通路的激活，兩者的相似性提示我們代謝異質(zhì)性和復(fù)雜性研究有助于發(fā)現(xiàn)腎臟再生的代謝靶標(biāo)。

本研究結(jié)合了高空間分辨率的基質(zhì)輔助激光解吸/電離質(zhì)譜成像（MALDI-MSI）技術(shù)和同位素示蹤，構(gòu)建了一個單細(xì)胞水平檢測空間代謝動力學(xué)的平臺，該平臺不僅可以用于檢測代謝通路的速率，還可以檢測不同營養(yǎng)物在細(xì)胞中的代謝分配。研究者首先構(gòu)建了雙側(cè)腎缺血再灌注損傷（bIRI）老鼠模型，模擬腎移植過程中的損傷修復(fù)過程，通過對不同修復(fù)程度的腎臟細(xì)胞的代謝特征進(jìn)行檢測，發(fā)現(xiàn)了和前期研究一致的結(jié)果，即正常修復(fù)的PT表現(xiàn)出高的糖酵解代謝，但對bIRI模型正常修復(fù)的PT和對照取腎臟相比依然表現(xiàn)出異常的線粒體代謝和營養(yǎng)分配，表明損傷病人發(fā)展為慢性腎病的可能性更高。然后單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組與單細(xì)胞水平的空間代謝組學(xué)相結(jié)合，揭示了人胚胎期的腎臟在不同發(fā)育階段代謝基因和代謝物都表現(xiàn)出強(qiáng)烈的異質(zhì)性，然后跟著上皮細(xì)胞的發(fā)育軌跡構(gòu)建其代謝軌跡，發(fā)現(xiàn)從祖細(xì)胞到成熟的PT過程中，糖酵解下降，而糖異生升高，線粒體的氧化磷酸化升高，尤其是脂肪酸的β氧化升高明顯，這些結(jié)果表明腎臟發(fā)育中PT的成熟對脂肪酸的依賴性，而在腎臟類器官中長鏈脂肪酸β氧化的代謝缺陷在運(yùn)用短鏈脂肪酸彌補(bǔ)后促進(jìn)PT的發(fā)育成熟。

這項(xiàng)研究在組織上辨別單個細(xì)胞類型內(nèi)與微環(huán)境相關(guān)的代謝異質(zhì)性，分別揭示了腎臟損傷后修復(fù)和發(fā)育過程中的代謝軌跡，為進(jìn)一步研究腎臟再生過程提供了參考。

 

參考文獻(xiàn)：

[1] Yang D, Jacobson A, Meerschaert KA, Sifakis JJ, Wu M, Chen X, Yang T, Zhou Y, Anekal PV, Rucker RA, Sharma D, Sontheimer-Phelps A, Wu GS, Deng L, Anderson MD, Choi S, Neel D, Lee N, Kasper DL, Jabri B, Huh JR, Johansson M, Thiagarajah JR, Riesenfeld SJ, Chiu IM. Nociceptor neurons direct goblet cells via a CGRP-RAMP1 axis to drive mucus production and gut barrier protection. Cell. 2022 Oct 27;185(22):4190-4205.e25. doi: 10.1016/j.cell.2022.09.024. Epub 2022 Oct 14. PMID: 36243004; PMCID: PMC9617795.

[2] Liu X, Yao J, Zhao Y, Wang J, Qi H. Heterogeneous plasma cells and long-lived subsets in response to immunization, autoantigen and microbiota. Nat Immunol. 2022 Oct 31. doi: 10.1038/s41590-022-01345-5. Epub ahead of print. PMID: 36316480.

[3] Ravi VM, Will P, Kueckelhaus J, Sun N, Joseph K, Salié H, Vollmer L, Kuliesiute U, von Ehr J, Benotmane JK, Neidert N, Follo M, Scherer F, Goeldner JM, Behringer SP, Franco P, Khiat M, Zhang J, Hofmann UG, Fung C, Ricklefs FL, Lamszus K, Boerries M, Ku M, Beck J, Sankowski R, Schwabenland M, Prinz M, Schüller U, Killmer S, Bengsch B, Walch AK, Delev D, Schnell O, Heiland DH. Spatially resolved multi-omics deciphers bidirectional tumor-host interdependence in glioblastoma. Cancer Cell. 2022 Jun 13;40(6):639-655.e13. doi: 10.1016/j.ccell.2022.05.009. PMID: 35700707.

[4] bioRxiv 2022.10.06.510405; doi: https://doi.org/10.1101/2022.10.06.510405

[5] Wang G, Heijs B, Kostidis S, Rietjens RGJ, Koning M, Yuan L, Tiemeier GL, Mahfouz A, Dumas SJ, Giera M, Kers J, Chuva de Sousa Lopes SM, van den Berg CW, van den Berg BM, Rabelink TJ. Spatial dynamic metabolomics identifies metabolic cell fate trajectories in human kidney differentiation. Cell Stem Cell. 2022 Nov 3;29(11):1580-1593.e7. doi: 10.1016/j.stem.2022.10.008. PMID: 36332571.

 

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。