文獻解讀：宮頸癌轉(zhuǎn)移瘤生態(tài)系統(tǒng)的單細胞轉(zhuǎn)錄組綜合分析

英文題目：Integrated single-cell transcriptome analysis of the tumor ecosystems underlying cervical cancer metastasis
期刊：Frontiers in Immunology（IF=8.786）

導(dǎo)語
隨著診斷技術(shù)和醫(yī)療水平的提高，宮頸癌（CC）患者的預(yù)后顯著改善；然而，局部或遠端轉(zhuǎn)移患者的預(yù)后仍然很差。本研究使用scRNA-seq全面描繪了CC中原發(fā)性腫瘤和轉(zhuǎn)移性淋巴結(jié)的轉(zhuǎn)錄組特征。結(jié)果顯示轉(zhuǎn)移性淋巴結(jié)（LN）的腫瘤細胞與細胞周期、免疫調(diào)節(jié)相關(guān)信號通路的高度富集有關(guān)。轉(zhuǎn)移性LN呈現(xiàn)早期免疫激活現(xiàn)象，表現(xiàn)出比腫瘤中更高的MRC1表達，推測C1QA⁺MRC1^high巨噬細胞可能與腫瘤轉(zhuǎn)移有關(guān)。最后，作者證明轉(zhuǎn)移性LN中的腫瘤相關(guān)成纖維細胞（CAFs）具有顯著的抗原呈遞、細胞粘附和免疫調(diào)節(jié)功能。本研究加深了我們目前對CC轉(zhuǎn)移的理解，并為未來的CC治療提供了新的思路。
 

科學(xué)問題
宮頸癌惡性細胞淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的分子機制是什么?

主要技術(shù)
單細胞RNA測序

實驗思路

研究結(jié)果

1. 原發(fā)性腫瘤和轉(zhuǎn)移性LN的單細胞轉(zhuǎn)錄組學(xué)分析
為了研究CC轉(zhuǎn)移的細胞和分子特征，作者對三個腫瘤樣本（腫瘤1、2和3）以及一個陽性淋巴結(jié)（P-LN）和一個陰性淋巴結(jié)（N-LN）進行scRNA-seq測序。scRNA-seq結(jié)果中共注釋到九種細胞類型：上皮細胞、巨噬細胞、肥大細胞、B細胞、成纖維細胞、內(nèi)皮細胞、中性粒細胞、漿細胞、NK/T細胞，每個細胞譜系的比例在不同樣本中有所不同。

對轉(zhuǎn)移性腫瘤和非轉(zhuǎn)移性腫瘤做GSVA分析，結(jié)果顯示非轉(zhuǎn)移性腫瘤表現(xiàn)出細胞周期相關(guān)信號通路的高度富集，而炎癥相關(guān)信號通路在轉(zhuǎn)移性腫瘤中上調(diào)，且轉(zhuǎn)移性腫瘤具有更高的免疫細胞浸潤水平，上皮細胞比例較低。表明一旦發(fā)生腫瘤轉(zhuǎn)移，腫瘤細胞會發(fā)生一系列功能變化以適應(yīng)腫瘤微環(huán)境，這有利于腫瘤細胞的免疫逃逸。
 

圖1. CC及轉(zhuǎn)移性淋巴結(jié)的單細胞轉(zhuǎn)錄組分析

2. 原發(fā)性腫瘤和轉(zhuǎn)移性淋巴結(jié)的細胞特征分析
隨后，作者進一步評估了轉(zhuǎn)移性淋巴結(jié)和原發(fā)性腫瘤中腫瘤細胞的特征。發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)移性淋巴結(jié)中的腫瘤細胞表現(xiàn)出細胞周期和免疫調(diào)節(jié)相關(guān)信號通路的高表達，暗示轉(zhuǎn)移性腫瘤細胞充當(dāng)內(nèi)源性抗原，激活免疫反應(yīng)。原發(fā)性病變中腫瘤細胞的代謝水平高于轉(zhuǎn)移性淋巴結(jié)，與前人研究結(jié)論一致，即腫瘤淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移中，涉及一定的免疫調(diào)節(jié)和代謝轉(zhuǎn)換。作者在轉(zhuǎn)移性腫瘤細胞中識別到上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化（EMT）程序，而EMT是腫瘤發(fā)展、傷口愈合和腫瘤細胞轉(zhuǎn)移的重要基礎(chǔ)。

轉(zhuǎn)移性LN表現(xiàn)出免疫反應(yīng)的早期激活狀態(tài)，其特征是增殖性T細胞、NK細胞和耗竭CD8 T細胞增加，具有細胞毒性；與正常LN相比，幼稚T細胞減少。同時轉(zhuǎn)移性淋巴結(jié) TME的另一個重要特征是FOXP3⁺ Tregs的高浸潤。Treg細胞通常在TME中發(fā)揮免疫抑制作用，減弱抗腫瘤特異性免疫反應(yīng)，從而促進腫瘤細胞的免疫逃逸。因此推測，在轉(zhuǎn)移性淋巴結(jié)中，細胞毒性和免疫抑制細胞之間存在平衡。腫瘤細胞不僅可以促進細胞毒性T細胞的遷移和增殖，還可以誘導(dǎo)免疫細胞的免疫耐受，從而使腫瘤細胞逃避免疫監(jiān)視；存活的腫瘤細胞進一步創(chuàng)建適合腫瘤生長的新環(huán)境。

腫瘤相關(guān)巨噬細胞（TAM）在腫瘤生長、血管生成、侵襲和轉(zhuǎn)移中發(fā)揮關(guān)鍵作用。作者發(fā)現(xiàn)MRC1（CD206）在轉(zhuǎn)移性淋巴結(jié)中的表達水平高于腫瘤，因此將轉(zhuǎn)移性淋巴結(jié)中C1QA⁺巨噬細胞的類型定義為C1QA⁺MRC1^high巨噬細胞。功能分析表明，這種類型的巨噬細胞具有高度的吞噬作用、補體激活和膜內(nèi)陷，表明免疫抑制巨噬細胞可以被重新激活或吸引到病變處。

CAFs是TME的關(guān)鍵組成部分，具有特定的功能，包括基質(zhì)沉積和重塑、與癌癥細胞的廣泛相互信號交互作用以及與免疫的串?dāng)_。本研究中，作者發(fā)現(xiàn)腫瘤源性CAF與多種信號通路相關(guān)，如缺氧（HIF1A）、TGF-β（TGF1和VEGFA）和WNT/SMAD信號通路（WNT5A和SMAD1），并表現(xiàn)出與腫瘤細胞相似的功能，暗示腫瘤中的CAFs在腫瘤發(fā)展中發(fā)揮重要作用。而轉(zhuǎn)移性LN衍生的CAF高表達CD74、C7、CXCL12、S100A7和GNLY，表明其具有免疫調(diào)節(jié)作用。
 

圖2. 原發(fā)性腫瘤和轉(zhuǎn)移性淋巴結(jié)中上皮細胞的特征分析

3. 腫瘤細胞與其他細胞類型的分子相互作用
為探索腫瘤細胞與免疫細胞和基質(zhì)細胞之間的相互作用，作者分別在腫瘤和轉(zhuǎn)移性LN中進行了腫瘤細胞與其他細胞類型的細胞間通訊分析。

轉(zhuǎn)移性LN中，上皮細胞與內(nèi)皮細胞、B細胞、巨噬細胞和NK/T細胞的相互作用更多，而腫瘤中的上皮細胞與巨噬細胞和內(nèi)皮細胞的聯(lián)系更多。原發(fā)性腫瘤中的上皮細胞可以通過幾個特定的配體來調(diào)節(jié)其他細胞類型的功能，如Wnt7B/4、VEGFA/B、PTN、PDGFA、LGALS9和CXCL1/2/3/9/12。腫瘤組織中，免疫細胞可以通過特定的配體-受體對調(diào)節(jié)上皮細胞，如TNFSF14-TNFRSF14、MIF-（CD74+CD44）、IFNG-（FINGR1+IFNGR2）、CXCL12-ACKR3、CXCL11-ACKR3。這些細胞互作均與免疫檢查點基因的表達有關(guān)，暗示免疫治療的效果可能更好。
 

圖3. 細胞間通訊分析

參考文獻：
Li C, Liu D, Yang S, Hua K (2022) Integrated single-cell transcriptome analysis of the tumor ecosystems underlying cervical cancer metastasis. Front Immunol 13:966291. https://doi.org/10.3389/fimmu.2022.966291