芯周刊·第12期 | 川大李为民/张莉/王成弟团队：单细胞剖析肺

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川大李为民/张莉/王成弟团队：单细胞剖析肺腺癌和肺鳞状细胞癌不同的免疫特征

免疫治疗在非小细胞肺癌治疗中具有重要的地位，但是由于免疫异质性，特定形式的免疫治疗是否对不同的患者有效很难预测。虽然肿瘤微环境中有多种治疗反应的预测因子，但免疫细胞作为TME的重要组成部分，其异质性对免疫治疗效果的影响不可小觑。腺癌 (LUAD) 和肺鳞癌 (LUSC) 是NSCLC的两大亚型，了解其免疫微环境差异可能有助于制定不同治疗策略。

本文由四川大学李为民/张莉/王成弟团队发表在Signal Transduction and Targeted Therapy上，该研究利用单细胞RNA测序对19例NSCLC患者（LUAD: n=10；LUSC: n=9）的40个肿瘤和匹配的相邻正常组织的72,475个免疫细胞进行了测序，绘制了系统的免疫细胞转录组图谱。基于癌症基因组图谱（TCGA）对不同细胞组成、差异表达基因（DEG）、细胞-细胞相互作用、假时间轨迹、转录组因子和预后因子进行联合分析，揭示了细胞毒性和效应T细胞和NK细胞以及不同功能巨噬细胞（Mφ）亚型在LUAD和LUSC之间的免疫微环境异质性中的核心作用。Mφ在LUAD中的优势亚型为FABP4-Mφ，在LUSC中的优势亚型是SPP1-Mφ。重要的是，该研究鉴定了一种新的淋巴细胞相关Mφ簇，命名为SELENOP-Mφ，并进一步确定了其在两种亚型中的抗肿瘤作用，特别是在LUAD中。

该研究对免疫异质性和Mφ簇定义的全面描述有助于在临床实践中为肺癌患者设计个性化治疗。

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单细胞转录组+免疫组库（TCR）+空间转录组：干细胞样肿瘤细胞的Midkine表达驱动mTOR抑制和免疫抑制微环境的持续

结节性硬化综合症（TSC）是一种常染色体显性疾病，其由肿瘤抑制基因TSC1和TSC2的功能丧失性突变引起。TSC1或TSC2基因片段的缺失会导致mTORC1过度活跃，并推动多个器官的肿瘤生长。且mTORC1被证明在多种癌症类型中异常活跃。

此研究对结节性硬化综合症 (TSC) 与mTORC1极度活跃相关的肿瘤进行了单细胞转录组分析、配对T细胞受体 (TCR) 测序和空间转录组分析，并通过肿瘤调节的免疫抑制性巨噬细胞确定了一种与T细胞功能障碍有关的干细胞样肿瘤细胞状态（SLS）。雷帕霉素及其衍生物 (rapalogs) 是治疗TSC肿瘤的主要药物，干细胞样肿瘤细胞在体外表现出雷帕霉素耐药，这让研究者联想到这些药物对患者细胞的抑制作用。促血管生成因子midkine (MDK) 在SLS群体中高度表达，并在SLS优势样本中与内皮细胞的富集相关。MDK抑制与雷帕霉素在体内外协同抑制TSC细胞系的生长。

综上所述，本研究提示mTORC1高活性的干细胞样状态肿瘤细胞通过免疫抑制，存在一种自分泌雷帕霉素耐药机制和旁分泌肿瘤生存机制。

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单细胞转录组发现B细胞在结直肠癌肝转移中的作用机制

结肠癌肝转移的治疗已成为世界医学难题，其肝转移机制尚不清楚，并且由于左半结肠和右半结肠胚胎来源、解剖结构、生理功能等不同，左半、右半结肠癌表现出很大的异质性。左半结肠癌和右半结肠癌肝转移的治疗方案、患者预后也不同，然而，目前对于结肠癌肝转移，以及左半结肠、右半结肠癌肝转移之间的免疫微环境研究仍较为缺乏。

本文利用单细胞测序技术比较了结肠癌肝转移和无转移患者原发灶的免疫微环境构成，发现B细胞及其亚群活化B细胞在肝转移患者结肠癌原发灶样本中显著减少，其浸润情况与预后好坏显著相关，B细胞分化轨迹分析，发现在左半结肠癌和右半结肠癌肝转移中，B细胞分化过程不同，并发现了一群活化B细胞分化的浆细胞，这群细胞与肝转移密切相关，命名为iMPA (immature plasma cell population alpha)，这群细胞的特征是只表达IgG重链，因此作者创建了IgG重/轻链比例的评分，该评分不仅与结肠癌肝转移相关，也揭示了左右半结肠癌的异质性。在小鼠肝转移模型中也证实了活化B细胞可以显著抑制肝转移，抑制肿瘤细胞的Wnt和TGFβ通路可以促进活化B细胞迁移，增强其抗肿瘤能力。

该文章首次揭示了B细胞在结直肠癌肝转移过程中的作用和机制，为结直肠肝转移的预防和治疗提供了可能性。

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干细胞信号通路操纵及单细胞测序建立人类胚胎心脏多谱系发育图谱

哺乳动物的心脏包含多种不同种类心肌细胞，小鼠模型早期研究发现不同种类的心肌细胞来源于不同的谱系，这些不同的心肌亚型受到多种腔室特异性心血管疾病影响，但是详细的人类胚胎心脏发育图谱还未被阐述。

本文研究人员基于小鼠中胚层单细胞转录组数据发现BMP和Nodal signaling pathways 在F 第一生心区 (FHF) 和第二心生区 (SHF) 特异表达，通过操纵这两个信号通路，利用人hPSC诱导分化FHF，aSHF和pSHF，对他们进行单细胞测序，同时也对中胚层细胞中分化出不同种类的子细胞进行单细胞测序，发现BMP和retinoic acid signaling作用于不同谱系的子细胞，通过分阶段操纵特定信号通路，分化出表达关键分子特征和电生理特征的心肌细胞群亚型，并将它们与相对应的小鼠以及人类细胞转录组的整合分析，发现多功能干细胞分化而来的心肌细胞群亚型与这些动物体内细胞高度相似。

本文建立了一个全面的人类胚胎心脏多谱系发育图谱，提供了多种体外胚胎心脏细胞分化的方法。

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单细胞转录组助力结直肠癌分子分型

目前大多数癌症的分子亚型分类是基于批量组学分析的，结直肠癌也不例外，但是使用批量组学测量异质性组织中的总基因表达，会掩盖不同组分细胞的转录组、比例以及肿瘤微环境的相互作用，基于高分辨率的单细胞组学是一个可以对组织进行深入解析的技术。

本文研究者整合了来自63名患者的141个结直肠癌样本、39个临近的正常组织样本以及9个淋巴结样本的单细胞转录组，构建了迄今为止最大的结直肠癌单细胞数据库。该数据库中包含了373,058个单细胞图谱。由于上皮细胞是大多数癌组织的来源，且在结直肠癌中上皮细胞多样性仍不清楚，因此本文将目标定位到其中49,155个上皮细胞中。通过基因表达分析发现两种不同的肿瘤亚型，分别称为iCMS2和iCMS3，并且95%的肿瘤都属于单分类，然后将iCMS标记基因提取出来在15个原发性肿瘤数据库中的转录组数据中进行验证，发现这些上皮细胞特征可以有效的对批量转录组数据进行分型。进一步对不同上皮亚型中癌症信号通路和肿瘤微环境进行分析，发现iCMS2肿瘤中WNT通路中的基因倾向于上调，iCMS3肿瘤则显示不同的WNT突变，以及与MAPK信号通路上调相关更多的KRAS，PIK3CA和BRAF突变，并且iCMS3肿瘤存在更明显的成纤维细胞增加以及髓系细胞以及内皮细胞特征下降。最后，通过内源性上皮亚型、微卫星不稳定状态以及纤维化特征，研究者对结直肠癌进行了新的分型，为病人的治疗方案构建、预后分析等提供了新的分型工具。

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