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今天小編給大家介紹一篇3月底剛剛發(fā)表在advanced science（IF：17.521）上的文章。作者從單細(xì)胞角度切入，發(fā)現(xiàn)了影響腦膜瘤發(fā)展的關(guān)鍵細(xì)胞亞群——SULT1E1+亞群。在高級(jí)別腦膜瘤中SULT1E1+亞群可能直接有助于免疫抑制環(huán)境的形成。作者開(kāi)發(fā)了一種類(lèi)器官模型MO，它保留了親代腫瘤的瘤內(nèi)異質(zhì)性，根據(jù)對(duì)MO模型的研究，作者提出了一種有效抑制SULT1E1+亞群的潛在治療策略。SRT1720可以作為全身治療或放射增敏劑來(lái)抑制腫瘤生長(zhǎng)。接下來(lái)，小編就為大家詳細(xì)解讀一下文章內(nèi)容吧。
腦膜瘤是世界范圍內(nèi)最常見(jiàn)的顱內(nèi)原發(fā)腫瘤，占中樞神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤的38.3%?！?0%的腦膜瘤起源于腦膜的蛛網(wǎng)膜帽細(xì)胞（蛛網(wǎng)膜中的一種上皮細(xì)胞），80%的腦膜瘤被歸類(lèi)為良性(I級(jí))，手術(shù)切除是這些患者唯一必要的治療方法。然而，對(duì)于高級(jí)別腦膜瘤(II級(jí)和III級(jí))，復(fù)發(fā)率和死亡率仍然很高。II級(jí)和III級(jí)腦膜瘤的10年無(wú)進(jìn)展生存率分別為22.6%和0%。因此，確定未來(lái)改善這類(lèi)患者治療所需的有效分子靶點(diǎn)是至關(guān)重要的。
對(duì)NF2、AKT1、TRAF7、SMO和PIK3CA等基因的識(shí)別有助于深入了解腦膜瘤發(fā)生的分子機(jī)制。然而，對(duì)導(dǎo)致II級(jí)和III級(jí)腦膜瘤惡性的關(guān)鍵因素缺乏了解，阻礙了有效藥物的開(kāi)發(fā)。盡管TERT啟動(dòng)子突變和CDKN2A/B純合子缺失與腦膜瘤的高侵襲性和早期復(fù)發(fā)有關(guān)，但只有少數(shù)惡性腦膜瘤患者存在這些基因組變化。因此，闡明高級(jí)別腦膜瘤與良性腦膜瘤的區(qū)別是至關(guān)重要的。
腫瘤內(nèi)的異質(zhì)性在侵襲性惡性腫瘤的發(fā)生、演變和發(fā)展中起著重要作用。然而，腫瘤內(nèi)異質(zhì)性還沒(méi)有從細(xì)胞的角度進(jìn)行說(shuō)明。在這項(xiàng)研究中，作者對(duì)腦膜瘤樣本進(jìn)行了scRNA-seq分析，并鑒定了腦膜瘤腫瘤細(xì)胞的獨(dú)特亞群。而這一亞群是控制高級(jí)別腦膜瘤侵襲性的關(guān)鍵因素。接下來(lái)，我們開(kāi)發(fā)了一種新的患者來(lái)源的腦膜瘤器質(zhì)性(MO)模型，在該模型中，我們能夠復(fù)制腦膜瘤的異質(zhì)性。這一里程碑使我們能夠研究這一獨(dú)特的細(xì)胞亞群，目的是開(kāi)發(fā)有效的治療方法。這些結(jié)果為高級(jí)別腦膜瘤的驅(qū)動(dòng)因素和潛在的治療靶點(diǎn)提供了新的見(jiàn)解。
為探討I級(jí)和II/III級(jí)腦膜瘤的細(xì)胞群和分子特征的差異，從2例I級(jí)和1例II級(jí)腦膜瘤原發(fā)腫瘤標(biāo)本中分離出25617個(gè)細(xì)胞。確定了8個(gè)細(xì)胞群，包括腫瘤浸潤(rùn)性B細(xì)胞、樹(shù)突狀細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、單核細(xì)胞、中性粒細(xì)胞、NK細(xì)胞、T細(xì)胞和惡性細(xì)胞，并確定在每個(gè)細(xì)胞團(tuán)中唯一表達(dá)的基因(圖1B-C)。II級(jí)腦膜瘤中的巨噬細(xì)胞數(shù)量和比例都高于I級(jí)腦膜瘤，并且M2表型相關(guān)基因MRC1和CD163在II級(jí)腦膜瘤中的表達(dá)明顯升高(圖1D-E)。此外，與I級(jí)相比，II級(jí)腦膜瘤樣本的M1評(píng)分顯著低于I級(jí)，而M2評(píng)分顯著高于I級(jí)(圖1F)。免疫熒光染色顯示，II/III級(jí)腦膜瘤中CD206+/CD68+細(xì)胞比率增加（CD206是M2巨噬細(xì)胞標(biāo)志物；CD68是單核/巨噬細(xì)胞標(biāo)志物）(圖1G)，證實(shí)巨噬細(xì)胞呈M2樣極化。綜上所述，這些結(jié)果證實(shí)了M2樣極化巨噬細(xì)胞是高級(jí)別腦膜瘤的主要成分，這與先前的研究結(jié)果一致。
由于M2樣巨噬細(xì)胞極化與腫瘤的發(fā)生廣泛相關(guān)，作者接下來(lái)試圖確定腦膜瘤細(xì)胞亞群(MC)對(duì)M2樣極化的貢獻(xiàn)?？偣泊_定了六個(gè)MC亞群(圖2A，B)。其中MC SULT1E1+亞群僅在II級(jí)腦膜瘤樣本中發(fā)現(xiàn)(圖2C)。偽時(shí)序分析結(jié)果顯示，在II級(jí)腦膜瘤中，許多腫瘤細(xì)胞位于軌跡的起點(diǎn)(圖2D)。MC SULT1E1+亞群主要分布在軌跡開(kāi)始處，顯示出與其他亞群不同的分化狀態(tài)(圖2E)。在偽時(shí)間尺度上，MC SULT1E1+的特征基因在開(kāi)始時(shí)高表達(dá)，然后逐漸下降(圖2G-H)。
MC SULT1E1+亞群中的許多marker基因在II/III級(jí)腦膜瘤樣本中高度表達(dá)(圖3A)。免疫組織化學(xué)染色顯示，在II/III級(jí)和復(fù)發(fā)性腦膜瘤(圖3B-C)中，MC SULT1E1+細(xì)胞數(shù)明顯高于I級(jí)和原發(fā)腦膜瘤。接下來(lái)，作者使用CellChat進(jìn)行了細(xì)胞-細(xì)胞相互作用組分析，以更好地表征MC SULT1E1+亞群與其他細(xì)胞類(lèi)型(尤其是巨噬細(xì)胞)相互作用。MC SULT1E1+亞群在細(xì)胞-細(xì)胞相互作用中非常活躍(圖3D)，在許多癌癥相關(guān)信號(hào)通路中與其他MC亞群表現(xiàn)出強(qiáng)烈的細(xì)胞-細(xì)胞通訊(圖3E)，這表明MC SULT1E1+通過(guò)調(diào)節(jié)其他腫瘤細(xì)胞而作為腫瘤行為的核心調(diào)節(jié)劑。MC SULT1E1+在CSF信號(hào)通路中發(fā)揮源細(xì)胞作用，調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞、單核細(xì)胞和樹(shù)突狀細(xì)胞的功能(圖3F)。作為關(guān)鍵的下游效應(yīng)細(xì)胞，巨噬細(xì)胞和單核細(xì)胞也表現(xiàn)出表皮生長(zhǎng)因子(EGF)來(lái)源細(xì)胞的特性，并且抵抗信號(hào)傳導(dǎo)，與腦膜瘤或免疫細(xì)胞相互作用。MC SULT1E1+與巨噬細(xì)胞和單核細(xì)胞之間的強(qiáng)相互作用提示這個(gè)獨(dú)特的亞群可能參與了m2樣極化和腫瘤的發(fā)展。
作者開(kāi)發(fā)了一種新的患者來(lái)源的腦膜瘤類(lèi)器官 (MO)模型來(lái)進(jìn)一步表征MC SULT1E1+亞群。將腫瘤切成小塊，平均直徑1~2 mm。在定制化培養(yǎng)條件下，腫瘤塊一般在1周內(nèi)形成圓形MO(圖4A)。由于這一策略避免了腫瘤的機(jī)械和酶解離，大多數(shù)細(xì)胞類(lèi)型和細(xì)胞間的相互作用都得到了很好的保存。此外，腫瘤標(biāo)本保存時(shí)間短，質(zhì)量好，有利于MOs的產(chǎn)生。作者從21個(gè)腫瘤樣本中開(kāi)發(fā)了16個(gè)MO。
每個(gè)MO和相應(yīng)的腫瘤標(biāo)本在組織學(xué)特征上相似(圖4B)。并保留了與母細(xì)胞腦膜瘤不同亞型(腦膜上皮型、纖維型、血管瘤型、微囊型和非典型型)相同的組織病理學(xué)特征。為了進(jìn)一步確定細(xì)胞特性和腫瘤微環(huán)境，對(duì)幾種細(xì)胞marker進(jìn)行了免疫染色分析。MOs中有腦膜瘤細(xì)胞(SSTR2a+)和血管系統(tǒng)(CD31+，也有母系腫瘤中的免疫細(xì)胞，如巨噬細(xì)胞(CD68+)和T細(xì)胞(CD3+)(圖4D)。對(duì)四種MOS及其相應(yīng)的親代腫瘤進(jìn)行了全外顯子組測(cè)序。結(jié)果表明，MOs保持了親本腫瘤基因組的改變，包括NF2、SMO和SMARCB1的突變(圖4E)。值得注意的是，在NF2突變和野生型腫瘤樣本中成功地建立了MO模型，表明該方案適用于具有不同遺傳背景的腦膜瘤。
該方案的一個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)是它避免了常規(guī)2D原代細(xì)胞培養(yǎng)的潛在克隆選擇。免疫組織化學(xué)染色證實(shí)，II級(jí)MOs保留了相應(yīng)親代腫瘤的MC SULT1E1+亞群(圖4F)。此外，用SULT1E1抑制劑三氯生處理后，SULT1E1+MOs中EDU+細(xì)胞的數(shù)量顯著減少，但并未顯著降低SULT1E1的表達(dá)水平(圖4G)。由于細(xì)胞的異質(zhì)性，某些MO可能富含SULT1E1+亞群細(xì)胞。同時(shí)，部分MOs不含SULT1E1+亞群細(xì)胞。
為了進(jìn)一步探討MO在體內(nèi)的生物學(xué)行為，作者進(jìn)行了SULT1+和SULT1E1?MOs的硬膜外移植。將MOs移植到免疫缺陷小鼠的頭骨和腦膜之間的間隙中，而不破壞腦膜或腦組織(圖5A)。移植后2個(gè)月進(jìn)行核磁共振掃描。結(jié)果顯示，移植SULT1E1?MOs小鼠的MOs與腦之間輪廓清晰，但移植SULT1E1+MOs小鼠的腦組織形態(tài)異常(圖5B)。移植SULT1E1+MOs的異種移植物在蛛網(wǎng)膜下腔可見(jiàn)H&E染色，并顯示異常的腦-類(lèi)器官邊界(圖5C)。用抗CD44抗體的免疫組織化學(xué)方法證實(shí)了SULT1E1+MOs對(duì)腦的侵襲(圖5D)。腦膜瘤細(xì)胞包圍的大腦皮層和殘留皮質(zhì)組織破壞，進(jìn)一步證實(shí)SULT1E1+MOs的腦侵襲。免疫組織化學(xué)染色還顯示MC SULT1E1+亞群在所有腦侵襲性MOs中均有保留(圖5E-F)。因此，移植后含有MC SULT1E1+亞群的MOs具有腦侵襲能力，這是一種與高級(jí)別腦膜瘤相同的獨(dú)特生物學(xué)行為。
接著作者通過(guò)抑制MC SULT1E1+亞群來(lái)研究潛在的治療策略。為此，一組305種表觀遺傳化合物在SULT1E1+高級(jí)別腦膜瘤樣本的四個(gè)原代MC系上以10μm的濃度進(jìn)行了測(cè)試。陽(yáng)性命中定義為DMSO對(duì)照組的細(xì)胞存活率<10%(圖6A)。按總命中率排名前三位的化合物是SRT1720、PS341和UNC0631(圖6B)。SRT1720是SIRT1的特異性合成激活劑，PS341(bortezomib)是針對(duì)26S蛋白酶體的選擇性蛋白酶體抑制物，UC0631是組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶G9a的有效抑制物。
作者在三個(gè)MO來(lái)源的腦膜瘤原代細(xì)胞系中進(jìn)一步證實(shí)了抑制作用(圖6C)。用這三種化合物處理大小相似的SULT1E1+MOs，其對(duì)原代腦膜瘤細(xì)胞系(PMC)顯著抑制。而且來(lái)自同一患者的MOs的反應(yīng)也是不同的，這表明MOs代表了原始腦膜瘤的化療耐藥和異質(zhì)性。SRT1720對(duì)SULT1E1+MOs的抑制作用與對(duì)2D細(xì)胞的抑制作用相似(圖6D)。免疫組織化學(xué)染色證實(shí)，SRT1720治療后SULT1E1+MOs中SULT1E1的表達(dá)顯著下調(diào)(圖6E)。此外，2.5μm的SRT1720與放射聯(lián)合治療可顯著抑制SULT1E1+MOs的細(xì)胞增殖(圖6F)。這些數(shù)據(jù)表明，SRT1720能夠有效地抑制高級(jí)別腦膜瘤的MC SULT1E1+亞群，因此具有潛在的治療和輻射增敏價(jià)值。
這篇文章中，作者首先從單細(xì)胞的角度切入，驗(yàn)證了M2巨噬細(xì)胞促進(jìn)腦膜瘤的發(fā)展和侵襲性，這也表明高級(jí)別腦膜瘤中存在免疫抑制微環(huán)境。在單細(xì)胞研究過(guò)程中作者發(fā)現(xiàn)了高級(jí)別腦膜瘤中存在的一個(gè)細(xì)胞亞群MC SULT1E1+，并發(fā)現(xiàn)MC SULT1E1+亞群通過(guò)調(diào)節(jié)其他腫瘤細(xì)胞和免疫細(xì)胞的功能來(lái)推動(dòng)惡性腫瘤的發(fā)生。由于SULT1E1+亞群與巨噬細(xì)胞間通過(guò)CSF1-CSF1R信號(hào)有很強(qiáng)的相互作用，因此高級(jí)別腦膜瘤中SULT1E1+亞群可能直接有助于免疫抑制環(huán)境的形成。
接下來(lái)，作者開(kāi)發(fā)了一種類(lèi)器官模型（MO），它的優(yōu)勢(shì)是避免了將腫瘤樣本消化成單個(gè)細(xì)胞的過(guò)程，從而確保了MO模型中大多數(shù)細(xì)胞類(lèi)型的保存。MOs具有復(fù)雜的細(xì)胞組成，包括腫瘤細(xì)胞、血管內(nèi)皮細(xì)胞、腫瘤浸潤(rùn)性巨噬細(xì)胞和T淋巴細(xì)胞，所有這些都與親本腫瘤相似。MOs可能成為研究腦膜瘤腫瘤微環(huán)境的有力工具。最重要的是，MOs保留了相應(yīng)親代腫瘤的SULT1E1+亞群。
作者提出了一種有效抑制SULT1E1+亞群的潛在治療策略。SRT1720可以作為全身治療或放射增敏劑來(lái)抑制腫瘤生長(zhǎng)。SRT1720通過(guò)SIRT1/HIF軸抑制器官和小鼠模型中的膀胱癌生長(zhǎng)。
