张泽民团队再添单细胞整合分析高分文章

张泽民团队再添单细胞整合分析高分文章 by 生信人

肿瘤微环境（TME）在很大程度上影响结直肠癌（CRC）的进展、治疗反应和临床结果，但缺乏对结直肠癌中 TME 个体间异质性的研究。今天，小编要和大家分享一篇2024年8月发表在Nature Cancer（IF：23.5）上的文章，通过整合来自大约200名捐赠者的人类结直肠单细胞转录组数据，建立了一个最大的、高质量的超过60万个细胞的，涵盖健康、肠炎、肠道息肉、癌旁和肿瘤组织的人类结直肠组织单细胞图谱。

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一、研究主要结果

1.人类结直肠单细胞图谱

首先，为了建立生理和病理条件下人类结直肠的综合单细胞图谱，作者收集了已发表的健康结直肠组织、溃疡性结肠炎（UC）患者的未发炎和发炎组织、结直肠息肉组织、结直肠癌癌旁组织及肿瘤组织的单细胞RNA测序数据。该图谱包含来自192名捐赠者的427个样本中的1,144,726 个细胞。经过质量控制，873,302个细胞根据其独特性被分为58个亚群，其中包括15个T细胞/自然杀伤（NK）细胞/先天性淋巴细胞（ILC）亚群、12个骨髓细胞亚群、12个内皮细胞（EC）亚群和其他亚群。作者进一步收集了31名CRC新患者的单细胞数据，并注释了亚簇，被用作验证队列。

接下来，作者描述了不同组织之间主要细胞类型偏好的特征，并在验证队列中也观察到了相似的分布模式。有趣的是，作者通过随机排除一两个数据集来进行细胞丰度分析的敏感性分析，能够重现所有观察到的模式（图1）。

图1. 人类结直肠图谱和主要细胞类型的组织偏好

2.肿瘤中的免疫和基质细胞区室重塑

然后，作者通过使用Bhattacharyya距离测量了主要细胞类型的转录相似性来评估不同条件下主要细胞类型的转录变化，发现与慢性炎症中的基质细胞相比，肿瘤中的基质细胞被塑造成免疫抑制和促肿瘤表型，以促进肿瘤发生和结直肠癌的发展。

进一步，作者检查了每个细胞亚群的组织分布偏好。使用Ro/e（观察到的和预期的细胞比率）分析，发现免疫细胞和基质细胞区室中的细胞亚群在肿瘤和癌旁组织中表现出明显的组织偏好。

图2. CRC 中免疫细胞和基质细胞亚群的特征

3.肿瘤中的免疫和基质细胞区室重塑

作者鉴定了一个罕见且富含肿瘤的EC子集，其特征是静脉EC标记物ACKR1、选择素E （ SELE ）和趋化因子（CXCL9、CXCL10和CXCL11）的特异性表达，类似于高内皮微静脉（HEV）细胞。进一步的分析显示该亚群具有较高的 T 细胞招募能力，并且探索了驱动这种 HEV 样子集表型的细胞外信号主要是IFNG和TNF（图3）。

图3. CRC 中 EC 亚群和细胞亚群共现的特征

4.具有不同免疫表型的患者分层

为了研究TME的个体间异质性，作者根据TME中细胞亚群的丰度对患者进行分层聚类，并将 CRC 患者分为六组（G1-G6）。在排除批次效应并不是导致患者水平变异的主要因素之后，确定了观察到的患者分组是由个体差异驱动的。

接下来，作者评估了他们的分类与CMS分类系统之间的关系，发现他们基于TME的分类揭示了CMS系统的进一步子集，例如发现G1期患者很大程度上与CMS4相匹配，其特点是基质细胞富集以及上皮间质转化（EMT）和TGFβ信号通路的高度激活。随后，作者表征了该组中的恶性细胞和特定的细胞间相互作用。

图4. CRC 患者 TME 的个体间异质性特征

5.TME亚型中不同的肿瘤免疫逃避机制

接下来，作者假设具有不同TME免疫亚型的肿瘤会以不同的方式进化并利用不同的免疫逃逸机制，因此对每一类患者进行了详细的分析。结果表明，在以 CD8+ T 细胞占优势的G5患者中，T细胞和恶性细胞中的这些抑制信号可能是此类肿瘤的有效免疫逃避机制；在以巨噬细胞为主的G2患者中，“别吃我”信号轴一CD47–SIRPA和另一配体CD24可能参与了抑制巨噬细胞的吞噬作用；在以浆细胞为主的G4患者中，Fcγ（Fcγ）受体显著下调。简而言之，作者发现具有不同TME免疫亚型的肿瘤会利用不同的免疫逃逸方法。

图5. 潜在免疫逃逸和调控的特征

图6. 潜在免疫逃逸机制的表征

6.第 6 组与三级淋巴结构相关

G6患者体内多种B细胞亚群富集，包括B-IgD、B-MS4A1和B-LRMP。考虑到 TME内B细胞的丰度高度依赖于三级淋巴结构（TLS）的存在，整合CRC样本的空间转录组数据，作者进一步对G6进行了TLS相关特征的表征，发现TLS区域可能在G6患者的TME中富集，并且该组中富集的免疫细胞亚群可能通过释放LTB促进TLS的形成。

图7. 通过空间转录组和单细胞转录组分析进行 TLS 表征