工欲善其事,必先利其器!先進的技術總是能助力科研工作者拿到更好的實驗結果!而10x Genomics單細胞+Visium空間轉錄組,再結合上Akoya的多重免疫熒光,更是強強聯手!這不,復旦大學高強團隊聯合中科院巴斯德研究所張曉明團隊,利用這些技術,深入解析了結直腸癌肝轉移的免疫動態(tài)變化,研究成果于2021年8月20日發(fā)表在Cancer Discovery (IF=39.40)雜志上,真是可喜可賀!接下來,小編將帶領大家一睹這篇大作的風采。
文章題目:Spatiotemporal Immune Landscape of Colorectal Cancer Liver Metastasis at Single-Cell Level
發(fā)表期刊:Cancer Discovery
發(fā)表時間:2021年8月20日
發(fā)表單位:復旦大學,中科院巴斯德研究所
肝轉移(LM)是結直腸癌(CRC)死亡的主要原因,表現出高度的免疫微環(huán)境異質性和抑制性。 本研究使用10x Genomics單細胞 RNA-seq 和Visium空間轉錄組學對 97 個匹配的樣本進行了測序。 值得注意的是,轉移性微環(huán)境經歷了顯著的免疫抑制細胞空間重編程,如 MRC1+ CCL18 + M2 樣巨噬細胞。本研究進一步開發(fā)了 scMetabolism,這是一種用于量化單細胞代謝的計算方法,并觀察到這些巨噬細胞具有增強的代謝活性。有趣的是,新輔助化療(NAC)可以阻斷這種狀態(tài)并恢復反應性患者的抗腫瘤免疫平衡,而無反應性患者則惡化為更具抑制性的狀態(tài)。本研究描述了轉移的免疫進化,并揭示了腫瘤如何對新輔助化療做出反應。
本研究的樣本來自于復旦大學中山醫(yī)院收集的病理診斷為結直腸癌肝轉移(CRLM)的樣本。其中:
來自 20 名患者(n = 11,未治療;n = 5,PD/SD;n = 4,PR)的 89 個樣本進行了10x Genomics單細胞轉錄組測序。
來自 4 名患者(n = 2,未治療;n = 2, PR) 的8個樣本進行了10x Genomics Visium空間轉錄組測序。
另外,來自 27 名患者的104 個樣本進行了Akoya多重免疫熒光分析。(n = 18, 未治療; n = 9, NAC-PR)。
1. 單細胞結合空間轉錄組數據精確量化結直腸癌肝轉移腫瘤免疫微環(huán)境多樣性
本研究通過10x Genomics單細胞技術共捕獲了 178,630 個 CD45+ 細胞,平均每個樣本包含2,007 個細胞,基因中位數為 178,630 個 基因。經過細胞聚類分析,本研究定義了主要的細胞類型。與之前的結腸癌 scRNA-seq 基本一致。研究人員從 CRLM 樣本中鑒定了髓細胞、CD8+ T 細胞、CD4+ T 細胞、NK 細胞和 B 細胞。值得注意的是,不同組織類型的 T 細胞比例明顯不同,這表明了免疫微環(huán)境的組織異質性。在CRC 和配對的LM 中,Treg 細胞約占所有 CD45+ 細胞比例的 10% ,而這些細胞在相鄰的正常組織中則很少。這表明腫瘤內免疫受到抑制,這之前歸因于肝轉移中免疫治療效果的降低。
同時,本文開展了10x Genomics Visium空間轉錄組研究,通過無監(jiān)督聚類分析將樣品分為不同的區(qū)域,例如腫瘤和成纖維細胞區(qū)域。隨后將 scRNA-seq 和 ST 數據利用Seurat軟件進行整合,量化主要免疫亞群。該研究發(fā)現免疫微環(huán)境顯示出從原發(fā)部位到轉移部位的動態(tài)細胞和空間變化。在 新輔助化療(NAC) 治療后,免疫表型在有反應的患者中經歷了抗腫瘤重塑,但在無反應的患者中轉向更多的免疫抑制,其中免疫抑制細胞在轉移部位重新編程。
2. 通過多種技術手段驗證腫瘤免疫微環(huán)境特征
接下來本研究通過另外三個獨立的 CRLM 隊列來驗證上述發(fā)現。首先本研究利用Akoya多重免疫熒光技術定量分析同一醫(yī)院另外 27 名 CRLM 患者(n = 18,未治療;n = 9,NAC-PR)中所選樣本的免疫細胞亞群的空間分布。研究人員觀察到,在未治療的樣本中, CRC 和 LM 中 FOXP3+ Treg 細胞、MRC1+ CCL18+ 巨噬細胞和 SPP1+ 巨噬細胞的浸潤顯著增加,這與前面的 scRNA-seq 數據基本一致。其次,本研究利用 ssGSEA 對 CRLM 的大量微陣列數據集中的免疫細胞進行評分。由于缺乏鄰近組織數據,我們只能檢查原發(fā)性和轉移性腫瘤之間的細胞豐度。根據前面的 scRNA-seq 數據,在該驗證隊列中,MRC1+ CCL18+ 巨噬細胞、SPP1+ 巨噬細胞和中性粒細胞在轉移性腫瘤中均顯著更高。第三,本研究探討了癌癥基因組圖譜 (TCGA) CRC 隊列 中 scRNA-seq 定義的免疫細胞亞群的預后價值。MRC1+ CCL18+ 巨噬細胞和 SPP1+ 巨噬細胞在原發(fā)性腫瘤中的高評分均預測預后顯著較差。總而言之,本研究的 CRLM 單細胞和空間免疫景觀可以在獨立的隊列中得到驗證,表明本研究數據的穩(wěn)定性。這些觀察結果還使我們假設特定的巨噬細胞亞群可能在 CRLM 的促腫瘤生態(tài)位形成中發(fā)揮重要作用。
本研究繪制了結直腸癌肝轉移的單細胞和空間轉錄組圖譜,并在轉移部位發(fā)現了高度代謝激活的 MRC1+CCL18+M2 樣巨噬細胞。有效的新輔助化療可以減緩這種代謝激活,提高靶向轉移代謝途徑的可能性。