摘要
本文使用scRNA测序广泛地描绘了从发展到疾病的人类肝脏的细胞景观。对代表人类胎儿、肝细胞癌(HCC)和小鼠肝脏的,个细胞的分析显示，肿瘤微环境有显著的胎儿样重编程。HCC生态系统表现出类似于胎儿发育的特征，包括重新出现胎相关内皮细胞(PLVAP/VEGFR2)和胎样(FOLR2)肿瘤相关巨噬细胞。在跨物种比较分析中，我们发现小鼠胚胎、胎肝和肿瘤巨噬细胞之间有显著的相似性。空间转录组进一步揭示了在胎肝和HCC之间存在一个共同的胎内生态系统。此外，基因调节分析、空间转录组分析和体外功能分析都表明VEGF和NOTCH信号通路在维持胎内生态系统中起作用。
综上所述，本文报告了在胎儿肝和HCC中共同存在的免疫抑制胎内生态系统。研究结果揭示了肿瘤生态系统中未曾探索过的肿瘤胎儿样重编程，为HCC的细胞外基因干预提供了新的靶点，并为识别其他癌症和疾病中的类似范例开辟了途径。
结果分析
图1：肝癌单细胞图谱
首先作者分析了来自14个HCC患者及1个健康人的共74个肝组织细胞，分别来自肿瘤核心，肿瘤外围，和临近正常组织中。细胞被分为29个不同的类群。研究人员在肿瘤和邻近组织中观察到某些细胞类型存在正常-特异性聚类，因此怀疑这部分肿瘤微环境（TME）可能正在经历重塑。另外研究人员还观察到胎儿肝脏相关的PLVAP+ECs、CD+巨噬细胞和TIGIT+Treg细胞在肿瘤组织中特异性富集，而细胞毒性CD8+T细胞和NKT细胞主要存在于邻近的正常组织中。总的来说，这里对74,个来自正常和肿瘤组织的单细胞的综合分析提供了一个前所未有的机会来将这个图谱与其他肝脏数据集进行比较。图2：HCC的肿瘤特异性基质和免疫细胞类型
接下来在从单细胞肝图集获得的主要簇中，可以发现肿瘤与邻近正常组织之间显着不同的两种细胞类型是内皮细胞和巨噬细胞。因此，研究者重新分析了内皮细胞和髓系细胞亚群，个内皮细胞被聚类成11个子群（图2A）。除TFF3+淋巴内皮细胞外，所有其他细胞类型都特异于正常或者肿瘤，其中PLPP3+，IGFBP3+和PLVAP+ECs在肿瘤组织中富集（图2B）。单核吞噬细胞（MNP）在肝脏中共有2个单核细胞群、3个树突状细胞群以及4个巨噬细胞群（图2F）。其中巨噬细胞在肿瘤中富集，研究人员根据CD表达将其分为3个亚群，分别为TAM1(CD+/FOLR2+)，TAM2(CD-/SPP1+)及TAM3(CD-/SPP1+)。TAMs有两种来源，单核细胞来源或组织原驻的，通过RNA速率分析发现HCC中两类FOLR2+TAM1可能有不同的起源，一群来自于单核细胞衍变，而另一群可能来源于组织驻留巨噬细胞（TRMs）。其中，单核细胞衍生的FOLR2+簇显示出更高的HES1表达，这暗示了Notch信号在TAM1聚类的出现中的潜在作用（图2K-L）。这些结果表明，在HCC中，单核衍生的巨噬细胞群体可能会被重新编程以获取胚胎样表型。图3：HCC中内皮细胞和髓细胞的体外重编程
随后，研究人员对16周和21周估计胎龄（EGA）的人胎肝组织进行了单细胞RNA测序，并将其与HCC共105个细胞进行了整合（图3A）。单细胞图谱显示胚胎肝中内皮细胞和巨噬细胞和肿瘤中内皮细胞以及巨噬细胞之间显著的相似性（图3B）。并且，研究人员发现PLVAP+ECs主要富集于胚胎和肿瘤组织中，而在临近健康组织细胞中较少（图3C,D），由此进一步证实了在HCC中PLVAP+EC发生类似胚胎发育的重编程的可能性。而对髓样细胞的分析也有类似的发现，胎肝巨噬细胞与FOLR2+巨噬细胞在HCC中特异性富集（图3F,G）。在小鼠肝细胞、人类胚胎肝脏以及肿瘤巨噬细胞的跨物种比较分析中也得到了相似的结论，表明HCC中TAM的胚胎样重编程。图4：细胞间相互作用分析
进一步地，研究人员通过细胞间相互作用分析（NicheNet）发现，肿瘤细胞（肝细胞）中的VEGFA能够激活内皮细胞中的PLVAP（图4A），并且在PLVAP+内皮细胞中有VEGFR（VEGFA受体）与PLVAP有相似表达模式（图4L），这表明VEGF信号对胚胎肝脏和HCC中PLVAP+EC出现的重要性以及其可能促进TME肿瘤-胚胎重编程。接下来研究人员进行了细胞-细胞相互作用分析（CellPhoneDB）发现，TAM1和Tregs有更强的免疫抑制相互作用（图4G），并且表达更高的免疫调节趋化因子（图4H），可能促进HCC的免疫抑制微环境的形成。由对细胞位置的观察发现，TAM1（CD+）、Treg（TIGIT+）细胞以及PLVAP+EC处于共同的定位，并接近于ALB+肿瘤上皮细胞群，并且在PLVAP+ECs附近出现CD+TAM1和TIGIT+Tregs细胞的富集，这些结果表明TAM1在肿瘤免疫优先部位的血管周定位。这些结果进一步证明了肿瘤生态系统中FOLR2+TAMs、Tregs和肿瘤胎儿ECs之间的联系。图5：肝髓样细胞的跨物种比较
此外，针对小鼠胚胎移植肝脏、人类胚胎肝脏和TAM1巨噬细胞的保守的单细胞基因调控网络（GRN）分析表明（图5B），不同的FOLR2+TAM1集群可能代表着不同的细胞状态（单核细胞来源和组织原驻），而不是细胞类型，因此提示HCC中TAM的肿瘤-胚胎重编程。前期证明PLVAP+EC和TAM1在HCC-TME中空间位置一致，而TAM1中单核细胞来源的一群HES1高表达（HES1是NOTCH信号通路典型的下游效应物之一），因此认为PLVAP+EC可以促进TAM1中Notch信号的激活，从而促进微环境介导的肿瘤-胚胎重编程。最后文章又通过空间转录组进一步表明肿瘤生态系统与胚胎发育的相似性。综上，这篇文章绘制了从胚胎发育到肝癌细胞的单细胞人类图谱，揭示了胚胎肝脏发育与HCC生态系统之间存在一个共享程序，即癌-胚重编程。同时，研究表明了VEGF/NOTCH信号在维持HCC免疫抑制的胎-瘤生态系统中的重要作用。VEGF/NOTCH介导的免疫抑制胎-瘤系统的概念不仅为癌症治疗干预提供了新的靶点，而且还可以作为潜在的生物标志物用于计划使用免疫治疗的HCC患者，研究也为鉴定和理解其他癌症中的类似机制开辟了道路。预览时标签不可点收录于话题#个上一篇下一篇