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肝臟是結(jié)直腸癌最常見的轉(zhuǎn)移部位，結(jié)直腸癌肝轉(zhuǎn)移會修飾肝臟的微環(huán)境，從而提供有利于結(jié)直腸癌細(xì)胞生長的生態(tài)位。小編今天給大家分享的今年1月發(fā)表在Clin. Cancer Res.（IF:13.801）雜志上的文章就使用單細(xì)胞數(shù)據(jù)對結(jié)直腸癌肝轉(zhuǎn)移進(jìn)行了研究。該文章對結(jié)直腸癌肝轉(zhuǎn)移的腫瘤微環(huán)境(TME)變化進(jìn)行了詳細(xì)刻畫，并識別了巨噬細(xì)胞與成纖維細(xì)胞互作形成的免疫抑制空間網(wǎng)絡(luò)。
Colorectal Cancer Metastases in the Liver Establish Immunosuppressive Spatial Networking between Tumor-Associated SPP1+ Macrophages and Fibroblasts
結(jié)直腸癌肝轉(zhuǎn)移中建立SPP1+腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞和成纖維細(xì)胞間的免疫抑制空間網(wǎng)絡(luò)
一．研究背景
研究發(fā)現(xiàn)近50%的結(jié)直腸癌患者都會發(fā)生轉(zhuǎn)移，其中最常見的轉(zhuǎn)移部位是肝臟，結(jié)直腸癌肝轉(zhuǎn)移也是導(dǎo)致患者死亡的主要原因。此外，結(jié)直腸癌肝轉(zhuǎn)移會涉及到一系列細(xì)胞過程，同時肝臟微環(huán)境中的各種細(xì)胞也會發(fā)生改變來適應(yīng)外來的結(jié)腸癌細(xì)胞，這些肝臟特異性的變化能夠促進(jìn)轉(zhuǎn)移結(jié)直腸癌的生長，并抑制患者的免疫應(yīng)答。
二．文章摘要
研究使用單細(xì)胞RNA測序(scRNA-seq)對微衛(wèi)星穩(wěn)定(MSS)的結(jié)直腸癌轉(zhuǎn)移(mCRC)到肝臟的樣本、配對的正常肝組織及外周血單核細(xì)胞(PBMCs)進(jìn)行了一系列分析。此外，研究使用多重空間成像和組織去卷積對結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證。最終研究識別出結(jié)直腸癌肝轉(zhuǎn)移腫瘤微環(huán)境(TME)特異的具有代謝改變及泡沫樣特征的SPP1+巨噬細(xì)胞，研究也發(fā)現(xiàn)該類巨噬細(xì)胞能夠和成纖維細(xì)胞互作，從而相互影響其基因表達(dá)。此外，研究也觀察到該TME中成纖維細(xì)胞比例的增加與患者的不良預(yù)后相關(guān)。
三．文章的主要內(nèi)容及結(jié)果
1. 結(jié)直腸癌肝轉(zhuǎn)移的TME特征
研究首先對結(jié)直腸癌肝轉(zhuǎn)移的腫瘤微環(huán)境進(jìn)行了介紹。研究基于三種方法來刻畫結(jié)直腸癌轉(zhuǎn)移TME的特征(圖1A)，其中所有腫瘤均為MSS，并對mCRC組織、匹配的正常肝臟及PBMCs樣本進(jìn)行了scRNA-seq分析(表1)。研究共測序了轉(zhuǎn)移病灶的44522個細(xì)胞，其中包括22718個正常肝臟細(xì)胞、14848個mCRC細(xì)胞和6970個PBMCs。接著研究在對數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)控后進(jìn)行了聚類，結(jié)果觀察到大多數(shù)細(xì)胞亞群都包括不同的樣本(圖1B)。研究進(jìn)一步根據(jù)特定的標(biāo)記基因進(jìn)行了細(xì)胞注釋，識別出了正常肝細(xì)胞、膽管細(xì)胞、上皮細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞、成纖維細(xì)胞、髓系細(xì)胞、T細(xì)胞、NK細(xì)胞和B細(xì)胞(圖1C-D)，并對這些細(xì)胞的數(shù)量和比例進(jìn)行了分析(圖1E)。
2. mCRC、正常肝臟和PBMCs中的髓系細(xì)胞
這一部分研究對不同樣本中的髓系細(xì)胞進(jìn)行了進(jìn)一步分析。研究首先對髓系細(xì)胞進(jìn)行了重聚類(圖2A和B)，結(jié)果觀察到mCRC樣本中的巨噬細(xì)胞與匹配的正常肝組織和外周血單核細(xì)胞分離，其中簇1和3為mCRC巨噬細(xì)胞(圖2A和B)。接下來研究識別了髓系亞群的標(biāo)記基因(圖2C)，觀察到SPP1主要在簇1和簇3中表達(dá)。此外，研究比較了轉(zhuǎn)移性巨噬細(xì)胞與正常肝組織中巨噬細(xì)胞的基因表達(dá)(圖2D)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)SPP1+腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞中APOC1、APOE、TREM2和CTSB等基因表達(dá)水平升高，其中包括炎癥纖維化和脂質(zhì)代謝相關(guān)的基因，接著研究對轉(zhuǎn)移TME特異巨噬細(xì)胞的差異表達(dá)基因進(jìn)行了富集分析(圖2E)，研究也觀察到mCRC巨噬細(xì)胞顯著富集了泡沫型巨噬細(xì)胞和肝硬化瘢痕相關(guān)巨噬細(xì)胞的特征基因(圖2F)。
3. 肝臟轉(zhuǎn)移微環(huán)境中的基質(zhì)細(xì)胞
接著研究對結(jié)直腸癌肝轉(zhuǎn)移微環(huán)境中的基質(zhì)細(xì)胞進(jìn)行了分析。研究首先對基質(zhì)細(xì)胞進(jìn)行了重聚類，結(jié)果觀察的mCRC的基質(zhì)細(xì)胞與正常肝臟的基質(zhì)細(xì)胞分離(圖3A)，這些基質(zhì)細(xì)胞主要為成纖維細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞和肝星狀細(xì)胞(HSC;圖3 B)，其中mCRC相關(guān)的成纖維細(xì)胞(CAF)主要位于簇1和4(圖3B和C)。研究發(fā)現(xiàn)簇1細(xì)胞中POSTN、FN1、MGP等基因表達(dá)升高(圖3D)。接下來，研究發(fā)現(xiàn)CAF與細(xì)胞外基質(zhì)(ECM)的結(jié)構(gòu)及分泌相關(guān)(圖3E)。
4. 巨噬細(xì)胞和CAFs的相互作用網(wǎng)絡(luò)
研究在這一部分詳細(xì)分析了巨噬細(xì)胞和CAFs的互作網(wǎng)絡(luò)。研究首先使用NicheNet算法識別了mCRC CAFs中基質(zhì)相關(guān)基因表達(dá)相關(guān)的配體(圖4A)。接下來，研究分析了能夠?qū)е戮奘杉?xì)胞狀態(tài)重編程并顯示出炎性纖維化和脂質(zhì)代謝特征的配體(圖4B)，這些配體可以靶向巨噬細(xì)胞并調(diào)節(jié)SPP1、FN1和APOE的表達(dá)。這些結(jié)果表明來自CAFs的配體可能通過配體-受體相互作用來重編程mCRC巨噬細(xì)胞。
5. 肝臟中mCRC TME的空間特征
這一部分研究對肝臟中mCRC TME的空間特征進(jìn)行了分析。研究首先使用CODEX成像技術(shù)在單細(xì)胞分辨率下識別細(xì)胞類型(圖5A)。經(jīng)過圖像處理，共識別出來自15個mCRC的330893個細(xì)胞。接著對這些細(xì)胞聚類后研究觀察到細(xì)胞群來自不同腫瘤，表明充分消除了批次效應(yīng)(圖5B)。接下來研究根據(jù)抗體染色模式，識別了腫瘤上皮細(xì)胞、CAFs、巨噬細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞、CD4 T細(xì)胞、CD8 T細(xì)胞和Tregs，并通過比較相應(yīng)的圖像驗(yàn)證了這些細(xì)胞類型(圖5C和D)，研究觀察到不同細(xì)胞類型在mCRC中的比例不同(圖5E)。研究進(jìn)一步觀察到與其他細(xì)胞類型相比，TME巨噬細(xì)胞高表達(dá)LGALS3(圖5F和圖G)，CAFs高表達(dá)COL4A1(圖5F)。此外，作者研究了巨噬細(xì)胞和CAFs之間的空間鄰近性，結(jié)果在9個mCRC樣本中檢測到CAFs和巨噬細(xì)胞之間顯著的空間鄰近性。
6. mCRC獨(dú)立數(shù)據(jù)集中CAFs對臨床結(jié)局的影響
最后一部分研究在一個獨(dú)立數(shù)據(jù)集中對CAFs的預(yù)后作用進(jìn)行了分析。研究對從肝臟切除的93個mCRC的基因表達(dá)數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析，首先使用去卷積方法CIBERSORTx來推斷該數(shù)據(jù)集中的細(xì)胞浸潤，結(jié)果根據(jù)從腫瘤特異細(xì)胞識別的每個細(xì)胞亞群的基因特征(圖6A)，推斷出了腫瘤上皮細(xì)胞、TME特異性CAFs、SPP1+巨噬細(xì)胞、DCs、內(nèi)皮細(xì)胞、CD8 T細(xì)胞、CD4 T細(xì)胞、Treg細(xì)胞、NK細(xì)胞、B細(xì)胞和漿細(xì)胞的豐度。接著研究評估了細(xì)胞豐度對預(yù)后的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)CAFs的比例升高與較差的臨床結(jié)局相關(guān)(圖6 B)。
到這里這篇文章的主要內(nèi)容就介紹完了。文章使用單細(xì)胞數(shù)據(jù)對結(jié)直腸癌肝轉(zhuǎn)移中的腫瘤微環(huán)境進(jìn)行了全面分析，并識別出巨噬細(xì)胞與成纖維細(xì)胞形成的特異的免疫抑制空間網(wǎng)絡(luò)。小編認(rèn)為文章的亮點(diǎn)在于識別出了TMF特異的細(xì)胞亞群及其互作網(wǎng)絡(luò)，并使用空間圖像數(shù)據(jù)及組織數(shù)據(jù)對結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證，有理有據(jù)，邏輯清晰，這值得小伙伴們參考學(xué)習(xí)。
