芯周刊·第31期 | 单细胞转录组揭示尿路上皮细胞癌肿瘤微环境

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单细胞测序揭示I型干扰素信号通路通过启动巨噬细胞极化促进急性肝损伤的解决

对乙酰氨基酚 (APAP) 毒性是急性肝损伤 (APAP-ALI) 最常见的原因之一，经常影响多个器官系统，死亡率达30%。坏死肝细胞释放的损伤相关分子模式 (DAMPs) 和病原体相关分子模式 (PAMPs) 通过门静脉循环转运到肝脏，通过模式识别受体 (PRRs)，包括toll样受体 (TLRs) 引发急性炎症反应。肝脏内的Kupffer细胞和浸润髓样细胞对PAMPs和DAMPs做出快速反应，通过产生包括I型干扰素 (IFN-I) 在内的炎症因子来操纵肝脏炎症状态。髓系细胞有助于对乙酰氨基酚过量诱导的急性肝损伤 (APAP-ALI) 的恢复。全面了解细胞多样性和细胞间串扰对于阐明机制和开发APAP-ALI治疗策略至关重要。

在此研究中，研究者确定了APAP-ALI期间IFN-I在髓系室中的功能。利用单细胞RNA测序，他们在WT和STAT2 T403A小鼠中描述了APAP-ALI后肝脏CD11b+细胞的细胞图谱和动态进展，并通过免疫荧光染色、bulk RNA-seq和体外和体内功能实验进一步验证了这一点。研究者们确定了IFN-I依赖的转录程序在一个三向通信途径中，涉及到中间恢复性巨噬细胞中IFN-I的合成，导致老化中性粒细胞中CSF-1的产生，最终使Trem2+恢复性巨噬细胞成熟，有助于有效的肝脏修复。

总的来说，他们在单细胞分辨率下发现了APAP-ALI中肝髓细胞的异质性，以及IFN-I在APAP-ALI治疗中的治疗潜力。

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单细胞转录组揭示尿路上皮细胞癌肿瘤微环境

尿路上皮癌（UC）是最常见的泌尿系统肿瘤之一，发生在下尿路（膀胱和尿道）或者上尿路（肾盂和输尿管）。上尿路上皮癌（UTUC）仅占UCs的5-10%，但其恶性程度显著高于膀胱尿路上皮癌（UCB）。免疫检查点治疗能够影响局部晚期或转移性UC（mUC），而大多数患者对检查点抑制剂没有反应，肿瘤和肿瘤微环境之间的相互作用对肿瘤细胞异质性和治疗反应至关重要。

本文研究者对12例UTUC患者肿瘤组织进行单细胞转录组测序分析，发现尽管UTUC和UCB中都存在类似的预后相关的basal和luminal上皮亚型，但在UTUC中主要是luminal亚型，并且免疫抑制的巨噬细胞和耗竭型的CD8+ T细胞在basal亚型中显著富集。进一步分析发现这两种细胞类型比例与UC患者生存期降低显著相关。细胞互作分析探究肿瘤微环境的形成，发现CD8+ T细胞、巨噬细胞和肿瘤来源的上皮细胞之间的串扰参与了basal亚型免疫抑制微环境的形成。进而整合IMvigor210免疫治疗队列，开发了一种模拟免疫逃逸的计算方法，预测了basal评分较低的mUC患者接受PD-L1抑制剂治疗的治疗反应。

以上研究结果为提高UC患者抗肿瘤免疫提供新的治疗靶点，为不同UC亚型提供新的预后及治疗反应评估策略提供理论基础。

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免疫检查点介导的循环肿瘤细胞逃避NK细胞监测

近几年人们对肿瘤的免疫逃逸机制认识得到提高，通过针对免疫检查点封锁的治疗策略取得了巨大成功，但具有显著反应的患者和适应症比较有限。循环肿瘤细胞(CTCs)由原发恶性肿瘤脱落，进入血液循环，在合适的微环境中定植，起着远端转移的“种子”作用。但是它是如何逃避机体的免疫监视的还不清楚。胰腺导管腺癌（PDAC）是一种通过血液循环的肿瘤转移的典型模型，而肝门静脉(HPV)系统是胰腺原发病变转移到肝脏的主要通道，HPV血液中的CTCs代表了肿瘤细胞在循环中的中间状态。在HPV中消除CTCs可能潜在地中断肿瘤转移的途径。

在本研究中，研究人员对原发肿瘤，转移性肿瘤以及血液循环系统的细胞进行单细胞转录组研究，主要通过细胞互作分析揭示了恶性病变中肿瘤-免疫细胞的互作，其中一个特异性免疫检查点HLA-E:CD94-NKG2A介导了自然杀伤细胞(NK)免疫监测中的CTC免疫逃避。通过阻断NKG2A或抑制HLA-E表达来破坏这种相互作用可以增强NK介导的体外肿瘤细胞杀伤，并在体内防止肿瘤转移，而血小板源性RGS18通过AKT-GSK3β-CREB信号通路促进HLA-E表达，RGS18过表达促进胰腺肿瘤肝转移。

总之，该研究表明血小板来源的RGS18通过参与免疫检查点HLA-E:CD94-NKG2A保护CTCs免受NK介导的免疫监测。CTC内化血小板的生物功能大分子影响受体细胞的信号转导。

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靶向治疗+免疫治疗疗效加倍

结直肠癌(CRC)患者中有10%左右是BRAFV600E突变导致MAPK通路失调引起的，BRAF突变导致预后不良，治疗效果不佳，生存率仅有野生型的一半，前期研究表明增加EGFR或ERK抑制剂的联用可以有效抑制单一BRAFi治疗中MAPK通路的快速反应，提高治疗应答率。另外CRC的免疫治疗应答率低，其中微卫星稳定(MSS)CRC对于联合靶向治疗的应答率显著低于微卫星不稳定（MSI）CRC，因此推测BRAFi治疗在MSI CRC中增强免疫应答。

本研究首先在小鼠实验中验证了靶向治疗和免疫治疗能够更加稳定的抑制肿瘤的生长，以及CD3+CD8+T cells的增加，为了更深入的理解BRAF/MAPK通路抑制剂和肿瘤免疫应答的潜在互作，研究人员对早期临床研究之前和治疗期间从71名患者处收集的样本进行单细胞转录组测序，发现在PFS > 6个月的病人中治疗后有效降低了Epi的占比，提高了免疫细胞的占比，在肿瘤细胞中IFN应答、抗原递呈和炎症因子激活相关分子也显著增加，这些结果说明更长的PFS病人中MAPK通路与肿瘤内免疫程序极其相关，接着研究团队启动了另一项临床试验，发现适用MEK抑制剂和免疫治疗药物能够有效提高BRAF突变病人的反应率（从7%提高到24.3%），因此通过临床试验与分子研究的深入结合确定了靶向治疗+免疫治疗联合策略的有效性。也提示针对该途径的其他治疗方法与免疫疗法相结合可能会促进合作，增强免疫反应，从而改善患者的预后状况。

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单细胞成像技术创建结直肠癌进展和免疫互作的3D图谱

晚期实体癌是肿瘤细胞、免疫细胞和基质细胞的复杂集合体，并且具有高度的肿瘤内变异。长期以来癌症等级和阶段的诊断主要依据组织的HE染色结果判断，然后制定相应的治疗计划，但是这种方法无法捕获癌症的分子组成或物理结构，因此难以充分利用基于经验获得的HE特征对于诊断和治疗的具体原理。

本文基于循环免疫荧光成像（CyCIF）和HE染色的对93张CRC病人的FFPE切片（包括组织芯片）进行成像，结合单细胞转录组测序，GeoMx转录组识别了组织中复杂的组织形态，基于量化的分子水平揭示了组织中细胞类型，并通过单细胞转录组互作分析以及细胞位置关系验证了CRC1细胞类型互作关系，通过3D重建、空间统计和机器学习识别到了已知的诊断形态学特征对应的细胞类型和状态，在高复合标记空间中全面解析了肿瘤不同状态的反复转变以及变化过程中            分子水平的梯度动态变化，如在肿瘤侵袭边缘，肿瘤细胞、正常细胞和免疫细胞相互竞争时，T细胞抑制涉及多种细胞类型，在3D成像也能显示局部的2D特征在组织结构的相互连接。3D重建癌症图谱详细描述了这些图谱在组织学特征之上分层了广泛的分子信息，以提供有关癌症结构的新信息，以及它如何形成，进展和与免疫系统相互作用，为生物结构的大规模连接提供了额外的见解。

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