01

代謝組+轉錄組+單細胞轉錄組揭示腸道菌群代謝衍生物的抗腫瘤免疫反應

腸道微生物可以調控固有免疫和適應性免疫應答，參與免疫檢查點阻斷治療，但其影響腫瘤生長的機制仍不清楚，胰腺導管腺癌(PDAC)臨床特征發(fā)現(xiàn)其具有顯著的免疫浸潤，但免疫療法效果卻并不明顯，主要是由于組織的致密性和免疫抑制細胞的浸潤，將免疫抑制轉變?yōu)榧せ顮顟B(tài)或是提高免疫治療效果的一種方法，有研究表明PDAC長生存期患者具有獨特的微生物組具有抗腫瘤的作用，但是微生物如何調控腫瘤的免疫微環(huán)境尚未可知。

本文研究者首先利用甲硝唑處理PDAC小鼠模型，改變小鼠的腸道菌群，然后對處理組和對照組進行血清代謝組檢測，發(fā)現(xiàn)TMAO在處理組下降最為明顯，且腫瘤負荷明顯增加，對小鼠進行TMAO腹腔注射逆轉了腫瘤負荷的增加，通過流式技術分析了腫瘤組織，血液，周圍淋巴結，脾臟等部位的免疫細胞，發(fā)現(xiàn)TMAO可以增加腫瘤的免疫浸潤和效應T細胞的活化，降低腫瘤負荷，提高小鼠存活率，TMAO代謝通路分析發(fā)現(xiàn)了TMAO誘導的免疫激活表型與腸道菌群酶CutC/D活性相關，接下來作者利用RNA-seq和scRNA對免疫細胞進一步分析，發(fā)現(xiàn)TMAO驅動浸潤的免疫細胞向抗腫瘤狀態(tài)變化，Treg細胞反應受到限制，腫瘤殺傷效應T細胞得到促進，并且TMAO可以直接改變腫瘤相關巨噬細胞的表型，使其轉變?yōu)門細胞反應的支持者，TMAO處理促進了PDAC抗PD-1治療的敏感性也進一步證實了其促進腫瘤免疫抑制向免疫激活狀態(tài)的轉變，在人的樣本中也證實了TMAO處理提高了巨噬細胞的促炎作用，并且發(fā)現(xiàn)產TMAO細胞和CutC基因的表達水平和PDAC患者生存率和抗PD-1的反應性相關。

本研究揭示了腸道菌群衍生代謝物TMAO與抗腫瘤免疫反應的關系，提示PDAC臨床治療測潛在策略。

 

02

MERFISH揭示了人和小鼠大腦皮層細胞組織的保守性和差異性

人類大腦皮層的細胞種類繁多。這些細胞的空間組織和相互作用在形成和維持各種大腦功能中起著至關重要的作用。然而人類皮層中不同類型的細胞是如何組織的，以及不同物種的細胞組織是如何變化的仍不清楚。

在本研究中，研究者使用多重的容錯熒光原位雜交（MERFISH，multiplexed error-robust fluorescence in situ hybridization）對4000個基因進行了空間分辨單細胞譜分析，識別出>100個轉錄差異細胞群，并從分子定義的角度生成了人類大腦顳上回和顳中回（middle and superior temporal gyrus）的空間分辨細胞圖譜。研究者還進一步做了細胞互作分析來探討細胞與細胞之間的相互作用，這種相互作用是由細胞類型中的體細胞接觸或接近引起的。人類皮質與小鼠皮質的比較顯示了細胞層狀組織的保守性和跨物種的體細胞相互作用的差異。研究人員通過對受體-配體對分析還發(fā)現(xiàn)了神經元和小膠質細胞有接觸的可能，這解釋了為什么某些基因與神經退行性疾病有關。

研究者的數(shù)據(jù)揭示了人類特有的細胞-細胞接近模式，并顯示了在人類皮層中神經元和非神經元細胞之間的相互作用顯著增加。

 

03

單細胞轉錄組結合空間轉錄組測序揭示FAP+成纖維細胞和SPP1+巨噬細胞在結直腸癌中的相互作用

結直腸癌（CRC）是最常見的惡性腫瘤之一，腫瘤微環(huán)境(TME)分析有助于發(fā)現(xiàn)潛在的治療靶點。

本研究分析了來自腫瘤和鄰近組織的54,103個細胞，以表征細胞組成，并闡明CRC中腫瘤富集細胞類型的潛在起源和調控機制。結果發(fā)現(xiàn)，腫瘤特異性FAP+成纖維細胞和SPP1+巨噬細胞在腫瘤組織中富集，并通過免疫熒光染色和空間轉錄組學驗證了它們的緊密定位。此外，研究者還進一步發(fā)現(xiàn)浸潤FAP+成纖維細胞和SPP1+巨噬細胞的存在與淋巴細胞浸潤呈負相關。這種相互作用可能受到趨化素、TGF-β和白細胞介素-1的調控，限制T細胞的浸潤。同時，研究者發(fā)現(xiàn)FAP或SPP1高表達的患者在免疫治療中獲益較少。

本研究結果提供了一種潛在的治療策略，通過破壞FAP+成纖維細胞和SPP1+巨噬細胞的相互作用來改善免疫治療效果。

 

04

單細胞轉錄組揭示膠質母細胞瘤中腫瘤和免疫環(huán)境的自然進化機制

IDH野生型膠質母細胞瘤的預后不佳給治療帶來挑戰(zhàn)，由于GBM中存在顯著的免疫抑制腫瘤環(huán)境使得免疫檢查點抑制劑治療效果受限，腫瘤細胞和免疫細胞之間的通訊在腫瘤進展中起著關鍵作用，目前，已經有研究利用配對的原發(fā)性和復發(fā)性樣本來探索治療驅動GBM的進展，但由于缺乏適當?shù)哪Ｐ秃图夹g，腫瘤細胞在自然疾病進展過程中如何與腫瘤微環(huán)境相互作用仍不清楚。多灶性GBM被定義為患者體內同時發(fā)生的病變。被認為是研究GBM自然進化的絕佳模型，因為它們可能代表腫瘤進展的各個階段。

本文對8個多灶性IDH野生型原發(fā)性GBM的61,062個細胞進行了單細胞測序，研究表明缺氧可以通過激活HIF1A-FOSL2軸潛在地促進腫瘤的自然進化特征 (NES)。這一過程可能是通過募集并誘導單核細胞極化為M2樣巨噬細胞實現(xiàn)的，高NES腫瘤細胞可以通過激活FOSL2-ANXA1-FPR1/3軸來募集和極化骨髓來源的巨噬細胞。這些極化的巨噬細胞可以有效地抑制T細胞活性并加速腫瘤細胞中的NES轉換，通過對FOSL2的下游基因ANXA1進行敲除，顯著降低了巨噬細胞對CD8+T細胞的抑制作用，以及GL261衍生的同系神經膠質瘤小鼠模型中的腫瘤進展，這意味著ANXA1可能是GBM治療的潛在靶點。與極化巨噬細胞共培養(yǎng)的腫瘤細胞傾向于增加NES，這可能與多種轉錄因子（例如FOSL2）和通路（例如EMT）的激活有關。這種進展還伴隨著遷移能力的增強，這與極化巨噬細胞產生的CCL2相關。這表明極化巨噬細胞可以上調CCL2誘導腫瘤細胞遷移�？傊�，這項研究為自然腫瘤進化提供了前所未有的高分辨率表征，還有免疫環(huán)境重塑和腫瘤遷移。

這種腫瘤細胞和巨噬細胞之間的頻繁相互作用增強了我們對GBM進展的理解。并確定了腫瘤的自然進化特征 (NES)。

 

05

單細胞分析確定慢性鼻竇炎炎癥異質性的機制

人類氣道慢性炎癥性疾病，包括慢性鼻竇炎(CRS)和哮喘，他們都有特定的發(fā)病機制，并且經常并存。目前的臨床指南仍然推薦局部糖皮質激素作為治療CRS和哮喘的主要藥物，但不考慮疾病亞型。但由于CRS和哮喘亞型的異質性，如2型和非2型炎癥，治療的療效是不同的且相當不穩(wěn)定。目前對于慢性鼻竇炎(CRS)和哮喘的細胞微環(huán)境的異質性知之甚少。

在此，研究者對健康個體和患有三種CRS亞型的患者的鼻黏膜進行了單細胞RNA測序(scRNA-seq)，并確定了特定于CRS亞型發(fā)病機制的疾病特異性細胞亞群和分子。結果顯示，ALOX15+巨噬細胞通過分泌趨化因子招募嗜酸性粒細胞、單核細胞和T輔助細胞2 (TH2)，參與了一種CRS亞型(嗜酸性CRS伴鼻息肉(eCRSwNP))的2型免疫驅動發(fā)病機制。ALOX15抑制劑可減少人巨噬細胞中促炎趨化因子的釋放，并抑制嗜酸性鼻竇炎小鼠模型中2型免疫的過度激活。

研究者的發(fā)現(xiàn)促進了對異質免疫微環(huán)境和CRS亞型發(fā)病機制的理解，并確定了治療CRS和潛在的其他2型免疫介導疾病的潛在治療方法。

 

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