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口腔鱗狀細(xì)胞癌起始過程中癌前病變的單細(xì)胞和空間解析
背景
人類惡性腫瘤中約有90%都是實(shí)體瘤，其是一個(gè)復(fù)雜的多階段過程，據(jù)報(bào)道癌癥發(fā)生之前就會(huì)出現(xiàn)有助于癌癥發(fā)生的癌前病變[1]。早在2002年發(fā)表在CA-A CANCER JOURNAL FOR CLINICIANS（IF:286.130）雜志上的一篇文章就已經(jīng)報(bào)道口腔癌是全球公共衛(wèi)生的主要威脅，其發(fā)病率和死亡率在近幾十年里都沒有顯著改善，且口腔癌中90%是鱗狀細(xì)胞癌（OSCC），該研究也指出癌前病變的研究對口腔癌的早期發(fā)現(xiàn)至關(guān)重要[2]。口腔白斑(Oral leukoplakia, OLK)是口腔癌中最常見的癌前病變之一，約有20%的患者最終發(fā)生癌變。因此，在癌前病變區(qū)域研究OSCC的起始是可能的，不過目前關(guān)于OSCC癌前階段整體細(xì)胞景觀和空間組織的研究很少。
單細(xì)胞RNA測序(scRNA-seq)有助于分析細(xì)胞亞群，并探索與疾病發(fā)生或治療相關(guān)的特定特征和因素，此外空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)(ST)的最新進(jìn)展也使得同時(shí)獲取空間組織信息和轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)，從而對特定組織或疾病發(fā)展過程中的基因表達(dá)進(jìn)行全面的時(shí)空分析成為可能。今年3月剛剛發(fā)表在Cell Discovery(IF:30.079)雜志上的文章Single-cell and spatial dissection of precancerous lesions underlying the initiation process of oral squamous cell carcinoma就結(jié)合了scRNA-seq和ST兩種技術(shù)，對OSCC發(fā)生相關(guān)的細(xì)胞群體和轉(zhuǎn)錄特征進(jìn)行了全面的研究。研究識(shí)別出了上皮細(xì)胞中與OSCC發(fā)生相關(guān)的基因異常表達(dá)，并識(shí)別出不同的成纖維細(xì)胞、單核細(xì)胞和調(diào)節(jié)性T細(xì)胞亞群。此外研究也發(fā)現(xiàn)這些細(xì)胞亞群都會(huì)參與微環(huán)境的重塑。研究也在癌前病變周圍觀察到一種獨(dú)特的免疫抑制性單核細(xì)胞亞群，以及VEGF信號(hào)通路的空間轉(zhuǎn)換調(diào)控會(huì)促進(jìn)癌癥發(fā)生。
方案旨在分析口腔癌不同組織的單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄及空間轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)，揭示口腔鱗狀細(xì)胞癌起始相關(guān)的基因表達(dá)、功能富集、微環(huán)境組成及通訊特征，進(jìn)而為研究OSCC的發(fā)生和潛在的干預(yù)策略提供參考。
概述
1. 基于scRNA-seq和ST數(shù)據(jù)刻畫早期OSCC不同區(qū)域的細(xì)胞組成
2. 識(shí)別上皮細(xì)胞中參與OSCC起始過程的標(biāo)志物
3. 刻畫OSCC起始相關(guān)的成纖維細(xì)胞
4. 分析微環(huán)境中細(xì)胞的相互作用與OSCC起始的關(guān)聯(lián)
5. 分析參與OSCC發(fā)病過程的細(xì)胞亞群
6. OSCC起始相關(guān)信號(hào)通路的空間轉(zhuǎn)錄分析
7. 分析驗(yàn)證免疫亞群在OSCC發(fā)病中的臨床相關(guān)性
數(shù)據(jù)來源
技術(shù)路線
1. 基于scRNA-seq和ST數(shù)據(jù)刻畫早期OSCC不同區(qū)域的細(xì)胞組成
使用scRNA-seq及ST數(shù)據(jù)對細(xì)胞進(jìn)行聚類及評分，并根據(jù)標(biāo)記基因進(jìn)行細(xì)胞類型注釋。從而揭示早期OSCC (T)、口腔白斑(DN)及正常區(qū)域(N)的細(xì)胞組成。
2. 識(shí)別上皮細(xì)胞中參與OSCC起始過程的標(biāo)志物
使用單細(xì)胞數(shù)據(jù)對上皮細(xì)胞進(jìn)行了重聚類，并基于拷貝數(shù)變異推斷惡性細(xì)胞和非惡性細(xì)胞。同時(shí)刻畫不同階段細(xì)胞亞群的基因表達(dá)及通路富集。識(shí)別出OSCC起始過程中逐漸上調(diào)的基因，并通過ST數(shù)據(jù)及實(shí)驗(yàn)證實(shí)。
3. 刻畫OSCC起始相關(guān)的成纖維細(xì)胞
使用scRNA-seq數(shù)據(jù)對成纖維細(xì)胞進(jìn)行重聚類，結(jié)合ST數(shù)據(jù)觀察各個(gè)細(xì)胞亞群的基因表達(dá)與富集的功能，從而分析其與OSCC起始的關(guān)聯(lián)。
4. 分析微環(huán)境中細(xì)胞的相互作用與OSCC起始的關(guān)聯(lián)
首先使用ST數(shù)據(jù)分析免疫細(xì)胞的分布，接著使用scRNA-seq數(shù)據(jù)刻畫各個(gè)亞群的表達(dá)特征，細(xì)胞比例及功能。接著分析了各類細(xì)胞之間的相互作用。
5. 分析參與OSCC發(fā)病過程的細(xì)胞亞群
使用scRNA-seq及ST數(shù)據(jù)分析從DN到T階段細(xì)胞亞群的比例、表達(dá)、功能富集及通路。
6. OSCC起始相關(guān)信號(hào)通路的空間轉(zhuǎn)錄分析
使用空間轉(zhuǎn)錄數(shù)據(jù)對經(jīng)典癌癥通路進(jìn)行分析，包括相關(guān)細(xì)胞互作、基因表達(dá)分析。
7. 分析驗(yàn)證免疫亞群在OSCC發(fā)病中的臨床相關(guān)性
分析不同類型樣本微環(huán)境中的細(xì)胞組成，浸潤水平，及信號(hào)通路強(qiáng)度，并通過小鼠模型研究抗TGFβ和抗PD-1抗體對OSCC起始的干預(yù)作用。
參考文獻(xiàn)
1. The translational challenges of precision oncology.
2. Oral cancer and precancerous lesions.
