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scRNA-seq在彌漫性大B細(xì)胞淋巴瘤的單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組圖譜繪制中的應(yīng)用

瀏覽次數(shù):489 發(fā)布日期:2023-8-2  來(lái)源:本站 僅供參考,謝絕轉(zhuǎn)載,否則責(zé)任自負(fù)
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期刊:Cell Reports
影響因子:8.8

導(dǎo)語(yǔ)
彌漫性大B細(xì)胞淋巴瘤(DLBCL)是最常見(jiàn)但侵襲性最強(qiáng)的B細(xì)胞淋巴瘤之一,大約40%的患者仍然無(wú)法治愈。本研究使用單細(xì)胞測(cè)序(scRNA-seq)技術(shù)成功繪制了彌漫性大B細(xì)胞淋巴瘤(DLBCL)的單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組圖譜,揭示了DLBCL病例內(nèi)部、病例之間的表型異質(zhì)性。還首次揭示了DLBCL腫瘤細(xì)胞與微環(huán)境細(xì)胞的互作網(wǎng)絡(luò),并進(jìn)一步驗(yàn)證了HBV感染對(duì)腫瘤細(xì)胞生存及免疫逃逸方面的影響,深入地解析了DLBCL的生物學(xué)特點(diǎn),也為DLBCL免疫治療方面提供了新的啟示。

研究技術(shù)
scRNA-seq

研究路線
對(duì)17例DLBCL(HBV+×7,EBV+×2,HBV-EBV-×8),1例濾泡性淋巴瘤FL(HBV-EBV-),Burkitt’s淋巴瘤BL(HBV+),1例淋巴組織增生RLH(HBV+)共20個(gè)樣本進(jìn)行scRNA-seq,對(duì)DLBCL惡性細(xì)胞和良性細(xì)胞繪制綜合細(xì)胞圖譜,再對(duì)腫瘤微環(huán)境中惡性B細(xì)胞、T細(xì)胞、骨髓細(xì)胞進(jìn)行深入分析。

研究結(jié)果
1.DLBCL單細(xì)胞圖譜揭示惡性B細(xì)胞的腫瘤間異質(zhì)性
對(duì)來(lái)源于17個(gè)DLBCL 和3個(gè)對(duì)照樣本的 94,324個(gè)細(xì)胞進(jìn)行單細(xì)胞RNA測(cè)序(圖1A),利用標(biāo)記基因區(qū)分出B細(xì)胞(54%)、T細(xì)胞(41%)、髓系細(xì)胞(2.8%)、NK細(xì)胞(0.8%)、成纖維細(xì)胞(0.4%)、內(nèi)皮細(xì)胞(0.4%),并采用拷貝數(shù)變異(copy number variation, CNV)成功將惡性B細(xì)胞(46.5%)與正常B細(xì)胞(7.5%)區(qū)分開(kāi)來(lái)(圖1B、1C)。隨后在每種主要細(xì)胞類型(>所有細(xì)胞的1%)內(nèi)進(jìn)行重新聚集,總共鑒定出23個(gè)惡性細(xì)胞亞群和29個(gè)非惡性細(xì)胞亞群(圖1D)。在惡性B和T細(xì)胞亞群中發(fā)現(xiàn)了更多的細(xì)胞,并且每個(gè)細(xì)胞表達(dá)的基因數(shù)量與惡性B細(xì)胞亞群相關(guān)(圖1E)。此外,惡性B細(xì)胞具有高度的患者特異性,而不同個(gè)體的非惡性細(xì)胞具有相似的基因表達(dá)譜(圖1F)。針對(duì)來(lái)源于每一個(gè)患者的惡性B細(xì)胞進(jìn)一步分析,每個(gè)DLBCL樣本的惡性細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)了一組獨(dú)特的高表達(dá)基因,采用非負(fù)矩陣分解(NMF),共鑒定出73不同的基因表達(dá)特征,最終定義了8個(gè)常見(jiàn)表達(dá)特征,這也提示了DLBCL在不同患者之間以及腫瘤內(nèi)部存在高度異質(zhì)性(圖1G)。
 
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圖1 B細(xì)胞淋巴瘤單細(xì)胞圖譜


2. HBV+患者腫瘤細(xì)胞中MHC-II表達(dá)特征基因的高表達(dá)
為估計(jì)在惡性B細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)的任何共享表特征是否與HBV感染相關(guān),對(duì) HBV+和 HBV- EBV-組的樣本之間的表達(dá)評(píng)分進(jìn)行了比較,只有 MHC II 表達(dá)特征的表達(dá)評(píng)分在 HBV+ 組中顯著較高(圖2A)。此外,屬于MHC II表達(dá)特征的9個(gè)基因在每一個(gè)HBV+患者的惡性細(xì)胞中顯著高于HBV-EBV-組。隨后對(duì)HBV+和HBV- EBV-惡性細(xì)胞之間的基因表達(dá)譜進(jìn)行了直接比較,MHC II表達(dá)特征的基因確實(shí)是HBV+惡性B細(xì)胞中差異表達(dá)的基因之一(圖2B)。緊接著比較了DL05和DL13兩個(gè)樣本診斷和復(fù)發(fā)的惡性細(xì)胞,在復(fù)發(fā)樣本DL13中,從惡性細(xì)胞中提取了7個(gè)基因表達(dá)特征,其中6個(gè)特征與DL05中鑒定的特征重疊(圖2C)。值得注意的是,MAPK特征只在DL13中表達(dá)。隨后對(duì)DL05和DL13的惡性B細(xì)胞進(jìn)擬時(shí)序分析,總共確定了2個(gè)分支點(diǎn)和5個(gè)狀態(tài)(圖2I),通過(guò)關(guān)注疾病復(fù)發(fā)的機(jī)制,在軌跡的分支點(diǎn) 2 處進(jìn)行分支分析,鑒定出一組在狀態(tài)5下高表達(dá)的基因,包括幾個(gè)MAPK信號(hào)相關(guān)基因,這可能與DLBCL患者的復(fù)發(fā)有關(guān)(圖2K)。
 

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圖2 DLBCL的腫瘤內(nèi)和腫瘤外異質(zhì)性


3. 非惡性B細(xì)胞亞群細(xì)分
針對(duì)非惡性B細(xì)胞進(jìn)行重新聚類,細(xì)分得到5個(gè)Naive B亞群和3個(gè)Memory B細(xì)胞亞群(圖3A-3C)。隨后鑒定了每個(gè)亞簇中差異和高表達(dá)的基因,并將其聚類為7個(gè)基因集(圖3D-3E)。HBV+ 組中富集的Bmemory-1似乎與HBx刺激有關(guān),并可能與病毒復(fù)制有(圖3G)。同樣有趣的是,在 HBV+ 樣本中發(fā)現(xiàn)了表達(dá)EGR2和表達(dá)EGR3的惡性B細(xì)胞,這表明來(lái)自HBV+患者的DLBCL樣本中的惡性細(xì)胞亞群也可能與HBx刺激相關(guān)(圖3H)。EBV+ DLBCL樣本中的B細(xì)胞 Bmemory-3 亞群可能與EBV感染有關(guān)。對(duì)浸潤(rùn)性非惡性B細(xì)胞進(jìn)行軌跡分析,確定了2個(gè)主要軌跡,并在軌跡的分支點(diǎn)1處進(jìn)一步進(jìn)行分支分析,鑒定出富含多種途徑的基因,推測(cè)它們可能決定HBV相關(guān)的細(xì)胞命運(yùn)(圖3I-3L)。
 

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圖3 B細(xì)胞淋巴瘤中的非惡性B細(xì)胞


4. T細(xì)胞亞群細(xì)分
對(duì)T細(xì)胞進(jìn)行重新聚類,得到CD4+T細(xì)胞、CD8+T細(xì)胞共16個(gè)亞群,根據(jù)之前的研究最終劃分為5個(gè)分類,分別為初始T細(xì)胞、細(xì)胞毒性T細(xì)胞、調(diào)節(jié)性T細(xì)胞 (Treg)、T (Tfh) 、 T 17 (Th17)(圖4A-4C)。對(duì)于細(xì)胞毒性 CD8+ T細(xì)胞,細(xì)胞毒性標(biāo)記物的表達(dá)水平與共抑制受體的表達(dá)水平高度相關(guān),表明這些 T 細(xì)胞中可能存在激活依賴性耗竭表達(dá)程序(圖4D)。通過(guò)比較平均細(xì)胞毒性和耗竭分?jǐn)?shù),發(fā)現(xiàn)兩個(gè)細(xì)胞毒性亞簇 CD8cyto-4 和 CD8cyto-6 比其他細(xì)胞毒性亞簇具有更強(qiáng)的耗竭狀態(tài)(圖4E)。所有T細(xì)胞亞簇均由來(lái)自三個(gè)或更多樣本的細(xì)胞組成(圖4F)。隨后鑒定了每個(gè)亞群的差異和高表達(dá)基因,并將其聚類為 14 個(gè)基因集(圖4G)。在 HBV+ 和HBV-EBV- 組之間未觀察到每個(gè)樣本的T細(xì)胞亞群百分比存在顯著差異(圖4H)。對(duì)CD8+T細(xì)胞和CD4+T細(xì)胞分別進(jìn)行軌跡分析,都確定了2條主要軌跡,其中CD8+T細(xì)胞兩條主要軌跡細(xì)胞毒性和耗竭分?jǐn)?shù)都很高(圖4I-4J)。
 

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圖4 B細(xì)胞淋巴瘤中的T細(xì)胞


5. 骨髓細(xì)胞亞群細(xì)分
針對(duì)髓細(xì)胞進(jìn)行重新聚類,得到3個(gè)巨噬細(xì)胞亞群(MP)、2個(gè)傳統(tǒng)DC亞群(cDC)、一個(gè)漿細(xì)胞樣DC(pDC)亞群共6個(gè)脊髓細(xì)胞亞群(圖5A-5C)。其中cDC-c1亞群高表達(dá)CLEC9A,pDC亞群高表達(dá)CLEC4C,cDC-c2亞群高表達(dá)LAMP3的同時(shí)還高表達(dá)CD274,表明 DC 亞群對(duì)T細(xì)胞具有潛在的抑制作用(圖5E-5J)。HBV+和HBV-EBV-組之間DC亞群的比例沒(méi)有觀察到顯著差異,有趣的是,cDC-c2亞群主要與DLBCL的ABC亞型相關(guān)(圖5C)。結(jié)合巨噬細(xì)胞的體外功能表型M1和M2分析,結(jié)果顯示MP-c1與促炎M1特征密切相關(guān),MP-c2與抗炎M2特征和吞噬作用特征相關(guān),MP-c3與M2和血管生成特征的高表達(dá)相關(guān)(圖5F)。另外,對(duì)HBV+患者的DLBCL樣本中觀察到MP-c2 的百分比顯著較高(圖5G),還對(duì) MP-c2 中的巨噬細(xì)胞與其他亞群中的巨噬細(xì)胞之間的基因表達(dá)進(jìn)行了比較,確定了MP-c2 中優(yōu)先表達(dá)的 11 個(gè)基因(圖5H)。
 

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圖5 B細(xì)胞淋巴瘤中的髓系細(xì)胞


6. 腫瘤微環(huán)境中亞群間的調(diào)控關(guān)系
為了解細(xì)胞亞群之間的調(diào)控關(guān)系,研究免疫相關(guān)的配體-受體對(duì)相互作用,結(jié)果顯示骨髓細(xì)胞亞群擁有最多數(shù)量的配體,而細(xì)胞毒性 CD8+ T 細(xì)胞亞群擁有最多數(shù)量的受體(圖6A,最能預(yù)測(cè)抗原呈遞細(xì)胞和T細(xì)胞之間的調(diào)節(jié)軸(圖6B)。重點(diǎn)關(guān)注與惡性細(xì)胞的相互作用,例如,CD40LG-CD40可能促進(jìn)HBV+ 組DLBCL中惡性細(xì)胞與初始CD4+T細(xì)胞之間更強(qiáng)的相互作用(圖6C-6E)。此外,CD4+ Tfh和惡性細(xì)胞之間通過(guò)BAFF介導(dǎo)的信號(hào)傳導(dǎo)存在暗示性相互作用,并且這些相互作用僅在 HBV+ 患者中觀察到(圖6D)。DLBCL的另一個(gè)值得注意的發(fā)現(xiàn)是預(yù)測(cè)惡性細(xì)胞和 CD8+毒性細(xì)胞以及Tregs之間的CD70-CD27 相互作用,這可能進(jìn)一步導(dǎo)致T細(xì)胞耗竭和抑制(圖6F-圖G)。
 

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圖6 基于配體-受體互作的細(xì)胞通訊


參考文獻(xiàn):
Ye X, Wang L, Nie M, Wang Y, Dong S, Ren W, Li G, Li ZM, Wu K, Pan-Hammarström Q. A single-cell atlas of diffuse large B cell lymphoma. Cell Rep. 2022 Apr 19;39(3):110713. doi: 10.1016/j.celrep.2022.110713. PMID: 35443163.

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