01

川大李為民/張莉/王成弟團隊：單細胞剖析肺腺癌和肺鱗狀細胞癌不同的免疫特征

免疫治療在非小細胞肺癌治療中具有重要的地位，但是由于免疫異質性，特定形式的免疫治療是否對不同的患者有效很難預測。雖然腫瘤微環境中有多種治療反應的預測因子，但免疫細胞作為TME的重要組成部分，其異質性對免疫治療效果的影響不可小覷。腺癌 (LUAD) 和肺鱗癌 (LUSC) 是NSCLC的兩大亞型，了解其免疫微環境差異可能有助于制定不同治療策略。

本文由四川大學李為民/張莉/王成弟團隊發表在Signal Transduction and Targeted Therapy上，該研究利用單細胞RNA測序對19例NSCLC患者（LUAD: n=10；LUSC: n=9）的40個腫瘤和匹配的相鄰正常組織的72,475個免疫細胞進行了測序，繪制了系統的免疫細胞轉錄組圖譜。基于癌癥基因組圖譜（TCGA）對不同細胞組成、差異表達基因（DEG）、細胞-細胞相互作用、假時間軌跡、轉錄組因子和預后因子進行聯合分析，揭示了細胞毒性和效應T細胞和NK細胞以及不同功能巨噬細胞（Mφ）亞型在LUAD和LUSC之間的免疫微環境異質性中的核心作用。Mφ在LUAD中的優勢亞型為FABP4-Mφ，在LUSC中的優勢亞型是SPP1-Mφ。重要的是，該研究鑒定了一種新的淋巴細胞相關Mφ簇，命名為SELENOP-Mφ，并進一步確定了其在兩種亞型中的抗腫瘤作用，特別是在LUAD中。

該研究對免疫異質性和Mφ簇定義的全面描述有助于在臨床實踐中為肺癌患者設計個性化治療。

02

單細胞轉錄組+免疫組庫（TCR）+空間轉錄組：干細胞樣腫瘤細胞的Midkine表達驅動mTOR抑制和免疫抑制微環境的持續

結節性硬化綜合癥（TSC）是一種常染色體顯性疾病，其由腫瘤抑制基因TSC1和TSC2的功能喪失性突變引起。TSC1或TSC2基因片段的缺失會導致mTORC1過度活躍，并推動多個器官的腫瘤生長。且mTORC1被證明在多種癌癥類型中異常活躍。

此研究對結節性硬化綜合癥 (TSC) 與mTORC1極度活躍相關的腫瘤進行了單細胞轉錄組分析、配對T細胞受體 (TCR) 測序和空間轉錄組分析，并通過腫瘤調節的免疫抑制性巨噬細胞確定了一種與T細胞功能障礙有關的干細胞樣腫瘤細胞狀態（SLS）。雷帕霉素及其衍生物 (rapalogs) 是治療TSC腫瘤的主要藥物，干細胞樣腫瘤細胞在體外表現出雷帕霉素耐藥，這讓研究者聯想到這些藥物對患者細胞的抑制作用。促血管生成因子midkine (MDK) 在SLS群體中高度表達，并在SLS優勢樣本中與內皮細胞的富集相關。MDK抑制與雷帕霉素在體內外協同抑制TSC細胞系的生長。

綜上所述，本研究提示mTORC1高活性的干細胞樣狀態腫瘤細胞通過免疫抑制，存在一種自分泌雷帕霉素耐藥機制和旁分泌腫瘤生存機制。

03

單細胞轉錄組發現B細胞在結直腸癌肝轉移中的作用機制

結腸癌肝轉移的治療已成為世界醫學難題，其肝轉移機制尚不清楚，并且由于左半結腸和右半結腸胚胎來源、解剖結構、生理功能等不同，左半、右半結腸癌表現出很大的異質性。左半結腸癌和右半結腸癌肝轉移的治療方案、患者預后也不同，然而，目前對于結腸癌肝轉移，以及左半結腸、右半結腸癌肝轉移之間的免疫微環境研究仍較為缺乏。

本文利用單細胞測序技術比較了結腸癌肝轉移和無轉移患者原發灶的免疫微環境構成，發現B細胞及其亞群活化B細胞在肝轉移患者結腸癌原發灶樣本中顯著減少，其浸潤情況與預后好壞顯著相關，B細胞分化軌跡分析，發現在左半結腸癌和右半結腸癌肝轉移中，B細胞分化過程不同，并發現了一群活化B細胞分化的漿細胞，這群細胞與肝轉移密切相關，命名為iMPA (immature plasma cell population alpha)，這群細胞的特征是只表達IgG重鏈，因此作者創建了IgG重/輕鏈比例的評分，該評分不僅與結腸癌肝轉移相關，也揭示了左右半結腸癌的異質性。在小鼠肝轉移模型中也證實了活化B細胞可以顯著抑制肝轉移，抑制腫瘤細胞的Wnt和TGFβ通路可以促進活化B細胞遷移，增強其抗腫瘤能力。

該文章首次揭示了B細胞在結直腸癌肝轉移過程中的作用和機制，為結直腸肝轉移的預防和治療提供了可能性。

04

干細胞信號通路操縱及單細胞測序建立人類胚胎心臟多譜系發育圖譜

哺乳動物的心臟包含多種不同種類心肌細胞，小鼠模型早期研究發現不同種類的心肌細胞來源于不同的譜系，這些不同的心肌亞型受到多種腔室特異性心血管疾病影響，但是詳細的人類胚胎心臟發育圖譜還未被闡述。

本文研究人員基于小鼠中胚層單細胞轉錄組數據發現BMP和Nodal signaling pathways 在F 第一生心區 (FHF) 和第二心生區 (SHF) 特異表達，通過操縱這兩個信號通路，利用人hPSC誘導分化FHF，aSHF和pSHF，對他們進行單細胞測序，同時也對中胚層細胞中分化出不同種類的子細胞進行單細胞測序，發現BMP和retinoic acid signaling作用于不同譜系的子細胞，通過分階段操縱特定信號通路，分化出表達關鍵分子特征和電生理特征的心肌細胞群亞型，并將它們與相對應的小鼠以及人類細胞轉錄組的整合分析，發現多功能干細胞分化而來的心肌細胞群亞型與這些動物體內細胞高度相似。

本文建立了一個全面的人類胚胎心臟多譜系發育圖譜，提供了多種體外胚胎心臟細胞分化的方法。

05

單細胞轉錄組助力結直腸癌分子分型

目前大多數癌癥的分子亞型分類是基于批量組學分析的，結直腸癌也不例外，但是使用批量組學測量異質性組織中的總基因表達，會掩蓋不同組分細胞的轉錄組、比例以及腫瘤微環境的相互作用，基于高分辨率的單細胞組學是一個可以對組織進行深入解析的技術。

本文研究者整合了來自63名患者的141個結直腸癌樣本、39個臨近的正常組織樣本以及9個淋巴結樣本的單細胞轉錄組，構建了迄今為止最大的結直腸癌單細胞數據庫。該數據庫中包含了373,058個單細胞圖譜。由于上皮細胞是大多數癌組織的來源，且在結直腸癌中上皮細胞多樣性仍不清楚，因此本文將目標定位到其中49,155個上皮細胞中。通過基因表達分析發現兩種不同的腫瘤亞型，分別稱為iCMS2和iCMS3，并且95%的腫瘤都屬于單分類，然后將iCMS標記基因提取出來在15個原發性腫瘤數據庫中的轉錄組數據中進行驗證，發現這些上皮細胞特征可以有效的對批量轉錄組數據進行分型。進一步對不同上皮亞型中癌癥信號通路和腫瘤微環境進行分析，發現iCMS2腫瘤中WNT通路中的基因傾向于上調，iCMS3腫瘤則顯示不同的WNT突變，以及與MAPK信號通路上調相關更多的KRAS，PIK3CA和BRAF突變，并且iCMS3腫瘤存在更明顯的成纖維細胞增加以及髓系細胞以及內皮細胞特征下降。最后，通過內源性上皮亞型、微衛星不穩定狀態以及纖維化特征，研究者對結直腸癌進行了新的分型，為病人的治療方案構建、預后分析等提供了新的分型工具。

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