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文献解读:单细胞测序研究肿瘤异质性研究思路

今天我给大家文献解读的就是一篇单细胞解析肿瘤异质性的文章。这篇文章发表在Cell Research(IF=17.848),让我们一起来看一下这篇文章的研究思路。

           文献解读:单细胞测序研究肿瘤异质性研究思路

作者利用24个PDAC肿瘤样本和11对照胰腺生成了单细胞RNA-SEQ图谱,确定了包括1型导管、2型导管、腺泡细胞等10个主要的簇及其特定的标记基因。值得注意的是,预后不良的PDAC标记物,如CEACAM1/5/640和KRT1941在2型细胞中的高表,提示2型可能是一种恶性导管细胞。在对照胰腺样本中约一半的细胞是1型导管细胞且未检测到2型导管细胞。相反,在PDAC样本中,2型导管细胞为1型的4.3倍。表明2型导管细胞在PDAC中显著扩张。

           文献解读:单细胞测序研究肿瘤异质性研究思路

作者为了定义恶性细胞,计算了每种细胞类型的大规模染色体拷贝数变异(CNV),对照样本中的细胞有较低的CNV分数。之后筛选了PDAC中两种导管细胞的出差异基因后进行功能富集分析,在2型细胞中上调的基因主要富集于与癌症相关的功能,如细胞增殖、迁移和缺氧进。相反,1型细胞中表达与正常胰腺功能相关,包括消化、胰腺分泌和碳酸氢盐转运,同时鉴定了正常和恶性基因表达谱如AMBP和MUC1等。IHC显示AMBP阳性细胞主要存在于具有正常细胞特征的导管结构中,MUC1阳性细胞显示出典型的肿瘤细胞特征。作者进一步分析了PDAC样本的1型导管细胞,并检测到两个不同的亚组,发现亚组2的MUC1较高表达,表明亚组2细胞相对于亚组1表现出2型恶性导管细胞的一些特征。

           文献解读:单细胞测序研究肿瘤异质性研究思路

作者对1型、2型导管细胞和腺泡细胞进行了轨迹分析。结果表明,腺泡细胞和MUC1低表导管细胞均可向MUC1高表导管细胞转化,进而转化为恶性的2型导管细胞。上皮细胞标记物EpCAM在过渡期间持续高表。作者进一步分析了PDAC进展过程中的表达动态变化的基因,将这些基因分成4种异常表达模式(P1-P4)和4种恶性模式(P5-P8)。功能富集分析表明,胰岛细胞功能正常的基因,在基因表达谱异常的导管细胞中有较高的表达水平,在转化为恶性状态时表达下调。相反,多条经典致癌通路在PDAC进展过程中被激活。

 

作者将2型导管细胞进一步分为7个亚组,并且发现亚群3细胞是PDAC患者中是共有的,其中亚组7比例最低。对每个亚组进行了功能富集分析,发现亚组7的独特功能与细胞周期和细胞增殖有关,亚组4和亚组6的基因在与迁徙相关的术语中都得到了富集。

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接下来,作者分析了公共侵袭性胰腺导管腺癌及其变异体的数据,根据标记可以将所有样本划分为3个PDAC组(聚类1-3)和1个非PDAC组(聚类4),增殖性导管标志物在第2组和第3组中含量较高,KRAS、TP53和Smad4基因突变在超过82%。在第1-3组中,86%的患者被诊断为PDAC。这些发现表明作者发现的导管标记物在PDAC中特异性表达,恶性导管标记物可以有效地将PDAC患者与其他类型的胰腺癌患者区分开来。

 

根据增殖标记物的表达水平将PDAC患者分为3个亚组。发现组3的患者高表增殖性导管标志物,同时存活率显著降低。之后发现CDK1、PLK1和AURKA可以通过使用它们的特异性药物作为PDAC的治疗靶点。CDK1、PLK1和AURKA的抑制剂能显著抑制细胞增殖。同时发现CDK1阳性的导管细胞也呈Ki67阳性,进一步提示CDK1可以作为增殖导管细胞的靶点。

 

           文献解读:单细胞测序研究肿瘤异质性研究思路

之后作者比较了第三组和其他两组的TcgA转录组数据,对差异基因进行GO功能富集,上调基因在细胞周期等方面富集,而下调的基因主要在淋巴细胞激活方面富集。在单细胞数据中上调的基因在2型导管细胞中表达。作者还分析了PDAC间质中T细胞的活化状态。观察到,增殖性导管标志物水平高的样本反之T细胞标志物表达水平低并且高增殖导管细胞组的T细胞活化分数显著低于正常组。免疫组化结果表明高比例的Ki67+导管细胞具有罕见的T细胞浸润,同时CD3D表达较低。因此,增殖性导管细胞的存在和T细胞活化的丧失可能是PDAC患者预后不良的原因之一。

 

已有报道RNA-Seq分析报告了PDAC样本的四种亚型:鳞状细胞、胰腺前体细胞、免疫原性和ADEX。祖细胞和ADEX亚型在2型导管细胞和腺泡细胞中得分较高,而免疫原性亚型在T和B细胞中得分较高,鳞状细胞亚型在2型导管细胞、内皮细胞和星状细胞中得分相对较高,表明肿瘤微环境中存在复杂的免疫反应。然后,作者比较了高、中和低增殖标记丰度的三组患者的这些亚型特征得分,发现鳞状上皮亚型得分在第3组患者中最高,免疫原性亚型得分在第1组患者中最高。最后作者在支持材料中分析了PDAC中免疫细胞和成纤维细胞的不同亚型及其基因表达模式。

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单细胞转录组研究思路
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