单细胞转录组绘制肺癌图谱
文献信息
题目：The single-cell transcriptional landscape of lung carcinoid tumors 日期：2022-03-09 期刊：International Journal of Cancer 链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/ijc.33995
摘要
肺癌是一种异质性疾病，包括不同的组织病理学亚型。除了腺癌和鳞状细胞癌外，2021 年 WHO 分类还包含肺神经内分泌肿瘤 (NEN) 类别。其中包括高级别神经内分泌癌 (NEC)、小细胞肺癌 (SCLC) 和大细胞神经内分泌癌 (LCNEC) 以及肺的低级别和中级别神经内分泌肿瘤 (NET)，也分别称为典型类癌和非典型类癌。
本研究对三种肿瘤和正常肺组织样本进行单细胞 RNA 测序，全面分析了肺癌的细胞组成，发现肿瘤微环境的特征在于分化出具有非炎症特征的单核细胞来源的骨髓细胞、肿瘤相关内皮细胞、一系列血管平滑肌细胞和周细胞以及具有癌症相关成纤维细胞样特征的肌成纤维细胞，并概述了可作为未来治疗靶点的相关细胞间相互作用。
单细胞水平上探索肺癌的细胞多样性
作者选取了三名接受初次手术的先前未治疗的肺类癌患者，从中收集了肿瘤组织和正常肺实质的新鲜组织样本。肿瘤样本包括一种典型类癌（患者 1）、一种具有高增殖活性的非典型类癌和一种具有局灶性肿瘤坏死的非典型类癌。两个非典型类癌病例（患者 2 和 3）在诊断时均有区域淋巴结转移。
总共得到73105 个细胞，质控过滤后剩下64697个。在肿瘤组织样本中，主要是上皮和间质细胞，而免疫细胞在正常组织样本中更为丰富。
上皮细胞继续细分
聚类后发现，正常细胞在不同的病人中均存在，而肿瘤细胞存在明显的异质性。在正常细胞中，使用已发表的marker基因进行分群，得到了：I型和II型肺泡上皮细胞、纤毛细胞、棒状细胞和基底细胞。在肿瘤细胞群之间得到了很多差异基因，其中包括：CD44、TFF3和EGFR，它们与蛋白的差异表达相关。患者 1 的典型类癌中的高表达基因包括许多与良好预后相关的基因，例如MT1G、MT1M、MT1X、PCK1、LPL、CD44。患者 2 的肿瘤细胞具有最高比例的S期细胞。患者 3 的肿瘤细胞中观察到最高占比的线粒体，并且患者 3 的肿瘤细胞的EGFR高表达。最后，将患者 2 和 3 的肿瘤分配给 A1 cluster，将患者 1 的肿瘤分配给 A2 cluster和 B cluster。
免疫细胞继续细分
首先细分得到了常规 T 细胞、CD8+ T 细胞、NK 细胞、B 细胞和浆细胞。总体而言，肿瘤组织中淋巴细胞类型的比例与正常组织非常相似，同时肿瘤和正常组织中存在患者间的异质性。
髓细胞又分成了单核细胞、树突细胞、巨噬细胞和肥大细胞。在单核细胞群中，经典的单核细胞亚群（monocyte cluster2）在肿瘤组织中占比高。树突细胞包含两个亚群，其中 CD141+ cluster 1 主要存在于肿瘤组织中。另外还发现了一个富含肿瘤细胞的细胞群，其具有高表达水平的两种单核细胞标记物，CD14和LGMN，它们在单核细胞分化过程中上调。作者认为，这群细胞是由单核细胞衍生的骨髓细胞继续分化为巨噬细胞。
与正常组织相比，肿瘤组织中单核细胞衍生的骨髓细胞显示出与炎症和免疫反应相关的各种基因的表达得分略低。这表明肺类癌免疫微环境以非炎性单核细胞衍生的骨髓细胞为主。
基质细胞继续细分
首先是分成了内皮细胞、成纤维细胞和平滑肌细胞。
- 内皮细胞又继续分成：支气管、毛细血管、动脉和静脉内皮细胞。虽然正常肺组织中存在不同亚型的内皮细胞，但肿瘤组织中支气管型内皮细胞占比最多。
- 肿瘤组织的成纤维细胞和平滑肌细胞中，继续细分得到了肌成纤维细胞、血管平滑肌细胞和周细胞。肌成纤维细胞在肿瘤组织中占比高，并且细胞外基质基因（例如COL1A1、COL3A1和COL6A3）以及基质降解酶（例如SULF1 ）存在高表达，表明这些细胞可能参与细胞外基质重塑。此外，肌成纤维细胞的特征在于 TGFβ 信号转导的高活性。在肌成纤维细胞中，与肌成纤维细胞cluster 2 和其他成纤维细胞和平滑肌细胞簇相比 ，cluster 1 显示出FAP和MMP11的特异性高表达以及各种胶原蛋白的更高表达
- 基质主要是包含血管平滑肌细胞和周细胞。在诊断为典型类癌的病例 1 中发现周细胞占比最高，而在诊断为非典型类癌的患者 2 和 3 中的周细胞较少。肿瘤组织中平滑肌细胞低表达周细胞标记基因，例如COX4I2和PDGRB；周细胞高表达 RGS5 和ACTA2， 一种参与周细胞发育的基因，一种是平滑肌标记基因。说明周细胞和血管平滑肌细胞在肿瘤组织中是连续的而不是离散的细胞类型
肿瘤微环境细胞之间的相互作用
在基质微环境的细胞类型之间发现了大多数潜在的相互作用，涉及肿瘤相关内皮细胞、肌成纤维细胞、血管平滑肌细胞和周细胞，而肿瘤细胞较少参与潜在的旁分泌相互作用。
许多相互作用可能激活 NOTCH、TGFβ、VEGF 和 JAK/STAT 信号通路。肿瘤相关内皮细胞接收潜在的 VEGF、TGFβ 和 NOTCH 通路激活信号，而肌成纤维细胞主要通过各种旁分泌和自分泌相互作用接收潜在的 TGFβ 通路激活信号。树突状细胞、单核细胞和单核细胞衍生的骨髓细胞主要通过与其他免疫细胞的自分泌和旁分泌相互作用接收潜在的 JAK/STAT 通路激活信号。
