今天給大家介紹一篇2022年1月發(fā)表在OncoImmunology（IF:8.110）上的一篇文章。本研究作者對單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組和bulk轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)集進(jìn)行分析，鑒定到了一個新的GBM細(xì)胞亞型，隨后構(gòu)建的11-基因分類器有助于將GBM劃分為對預(yù)后和抗PD-1治療效果不同的亞組。總的來說文章特別有借鑒意義，鑒定了一個稀有的膠質(zhì)瘤細(xì)胞亞群，可能介導(dǎo)微環(huán)境的變化影響免疫治療效果，結(jié)論非常具體參考價值，我們來看看吧！
Identification of a unique tumor cell subset employing myeloid transcriptional circuits to create an immunomodulatory microenvironment in glioblastoma
利用膠質(zhì)瘤的免疫調(diào)控微環(huán)境中髓樣轉(zhuǎn)錄回路鑒定特定的腫瘤細(xì)胞亞群

1.流程圖

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2.摘要

膠質(zhì)母細(xì)胞瘤（GBM）是一種侵襲性原發(fā)性腦腫瘤，具有以髓系細(xì)胞為主的獨特免疫功能。GBM細(xì)胞通過劫持與骨髓相關(guān)的轉(zhuǎn)錄程序構(gòu)建免疫抑制微環(huán)境從而逃避免疫攻擊。然而，免疫逃避的GBM細(xì)胞的分子特征和他們與免疫細(xì)胞的相互作用仍然不是十分清楚。本研究，作者對bulk RNA-seq數(shù)據(jù)和scRNA-seq數(shù)據(jù)進(jìn)行分析并構(gòu)建GBM免疫特征并鑒定免疫治療亞型。作者鑒定到一個新的GBM細(xì)胞亞群——TC-6，其具有免疫侵襲特征并與腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞（TAMs）相互作用以協(xié)調(diào)免疫抑制。促炎癥轉(zhuǎn)錄因子STAT1,STAT2,IRF1,IRF2,IRF3和IRF7是TC-6亞新的核心調(diào)節(jié)子。免疫轉(zhuǎn)錄組分析鑒定到3個免疫亞型（C1,C2和C3），其中亞型C3富集TC-6細(xì)胞且具有TAMs免疫異質(zhì)性，與抗PD-1治療反應(yīng)降低有關(guān)。亞型C3中干擾素相關(guān)的DNA損傷抵抗信號上調(diào)，亞型C3的接受化療的患者生存期較短。OSI-930作為靶向c-kit和VEGFR2酪氨酸激酶的分子制劑，其治療可能會損害亞型C3 的GBM患者的免疫調(diào)節(jié)特征，并與化療-放療產(chǎn)生協(xié)同作用。此外，作者構(gòu)建了一個11基因集定義亞型C3。總的來說，作者的研究鑒定到了一個新的GBM亞群并確定了亞型C3與免疫治療反應(yīng)有關(guān)，為深入了解GBM免疫微環(huán)境的異質(zhì)性和GBM免疫治療提供有價值的信息。

結(jié)果

1. 數(shù)據(jù)集的獲取的下載

從TCGA數(shù)據(jù)庫獲取GBM的轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)集，從CGGA數(shù)據(jù)庫獲取中國患者的GBM的轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)集，從GEO數(shù)據(jù)庫獲取接受抗PD-1治療的復(fù)發(fā)性GBM患者的GSE121810數(shù)據(jù)集。從SRA數(shù)據(jù)庫獲取GBM的scRNA-seq數(shù)據(jù)集

2. scRNA-seq數(shù)據(jù)集鑒定新的腫瘤細(xì)胞亞群

作者對5例GBM患者的36789個細(xì)胞進(jìn)行聚類并注釋，共分為16個亞群（圖1a）。GBM細(xì)胞系的特征是7號染色體擴(kuò)增和10號染色體缺失，標(biāo)準(zhǔn)化的CNA數(shù)據(jù)揭示了細(xì)胞中的染色體畸變并鑒定到了6個腫瘤細(xì)胞亞群（TC-1至TC-6），其中TC-1至TC-5包括神經(jīng)組細(xì)胞樣（NPC-like），少突膠質(zhì)祖細(xì)胞樣（OPC-like），星形膠質(zhì)細(xì)胞樣（AC-like）和間充質(zhì)樣（MES-like），然而TC-6是之前沒有鑒定到的腫瘤細(xì)胞亞群。TC-6亞群中EGFR和INF刺激基因表達(dá)水平較高（圖1b）。富集分析表明，TC-6參與IFN反應(yīng)，上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化，缺氧和驗證反應(yīng)（圖1c）。為鑒定腫瘤細(xì)胞亞群與免疫細(xì)胞間的相互作用，作者將TC亞群與其他細(xì)胞進(jìn)行配體-受體互作分析（圖1d）。與其余TC亞群相比，TC-6亞群參與TAM招募和表型重編程，腫瘤生長等（圖1e）。TCGA數(shù)據(jù)集分析表明TC-6特征與TAM特征正相關(guān)（圖1f）。與其他TC亞群相比，TC-6亞群中PD-L1,IDO1,NT5E和LGALS9上調(diào)表達(dá)（圖1g）。這些結(jié)果表明TC-6亞群是一個獨特的腫瘤細(xì)胞亞群，可以與TAM和T細(xì)胞互作以創(chuàng)建免疫抑制微環(huán)境。

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3. 鑒定協(xié)調(diào)TC-6亞群的核心調(diào)控因子

作者使用SCENIC評估基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)（GRNs）的活性，在不同細(xì)胞亞群中鑒定到80個調(diào)節(jié)子（圖2a），根據(jù)調(diào)節(jié)子特異性打分鑒定到IRF1,IRF2,IRF3,IRF7,STAT1和STAT2是特異性調(diào)節(jié)子（圖2b）并且這些調(diào)節(jié)子在TC-6亞群中活性較高（圖2c）。

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4. 基于TC-6核心調(diào)節(jié)子鑒定新的GBM亞型

接下來，作者基于TC-6亞群的核心調(diào)節(jié)子和TCGA-GBM數(shù)據(jù)集鑒定到112個元基因并進(jìn)行一致性聚類（圖3a），共聚為3個簇（圖3b和3c）。TCGA-GBM和CCGA-GBM數(shù)據(jù)集的KM分析表明亞型C3的總生存期較差（圖3d和3e）。

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5. 與IFN相關(guān)的DNA損傷抗性特征表明亞型C3對化療/放療具有抗性

隨后，作者分析GBM亞型的分子特征和臨床特征。亞型C3與野生型IDH1，非膠質(zhì)瘤-CpG島和膠質(zhì)瘤的經(jīng)典亞型有關(guān)（圖4a）。ssGSEA分析表明，亞型C3與IFN相關(guān)的DNA損傷抗性（IRDS）和炎癥反應(yīng)有關(guān)（圖4a）。GSEA分析表明IRDS顯著富集于亞型C3中（圖4b）。亞型C3和亞型C1及C2的差異分析表明有24個IRDS基因是排名前10%的差異表達(dá)基因（圖4b）。此外，與化療/放療抵抗相關(guān)基因在亞型C3中過表達(dá)（圖4c）。為研究靶向C3特征是否可以逆轉(zhuǎn)對化療劑TMZ的耐藥性從而提高治療效果。作者使用SynergySeq平臺并篩選潛在藥物。正交圖分析確定OSI-930是靶向C3的候選特征（圖4d）。

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6. 免疫亞型的免疫學(xué)特征

作者對三種免疫亞型的免疫組學(xué)特征進(jìn)行分析（圖5a），亞型C1以淋巴細(xì)胞為主并伴隨Th1淋巴細(xì)胞和CD8+ T淋巴細(xì)胞增加（圖5a）。亞型C2以髓細(xì)胞為主并伴隨單核細(xì)胞，巨噬細(xì)胞和中性粒細(xì)胞增加（圖5a）。亞型C3的特征是富集極化巨噬細(xì)胞和NK細(xì)胞并伴隨TC-6亞群中免疫檢查點和免疫抑制調(diào)節(jié)劑過表達(dá)（圖5a）。亞型C1-C3的免疫學(xué)特征如圖5b所示。

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7. 亞型C3對抗PD-1治療效果較差

為鑒定抗PD-1治療效果是否與GBM亞型有關(guān)，作者對GSE121810數(shù)據(jù)集進(jìn)行分析。與亞型C2和C1相比，亞型C3的總生存期較短。KM分析表明亞型C3的生存結(jié)局最差（圖6a）。亞型C3顯著富集調(diào)控IFN-γ反應(yīng)，T細(xì)胞衰竭，TGF-β信號和TC-6相關(guān)的免疫抑制調(diào)控因子（圖6b和6c）。

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8. 構(gòu)建11-基因C3分類器可以用于GBM分子亞型診斷

為鑒定亞型C3的標(biāo)志物，作者使用PAM方法構(gòu)建多基因分類器。將TCGA-GBM數(shù)據(jù)集隨機(jī)分為訓(xùn)練集和測試集（2：1）并進(jìn)行10折交叉驗證，最終構(gòu)建了一個11-基因分類器，準(zhǔn)確率為0.989，特異性為0.992，敏感性為0.978（圖7a）。使用CGGA數(shù)據(jù)集驗證11-基因分類器（圖7b和7c）?；?1-基因分類器鑒定的亞型C3的生存期較差（圖7d和7e）。作者對6例GBM樣本的轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，亞型C3中分類器中的11個基因上調(diào)表達(dá)（圖7f）。此外，與非-C3亞型相比，亞型C3中TC-6亞群和IFN相關(guān)DNA損傷抵抗特征顯著富集（圖7g）。

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IHC染色表明亞型C3中CD163,CTSD,GPNMB和EGFR上調(diào)表達(dá)（圖8a和8b）。

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結(jié)論

總的來說，作者基于單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)集鑒定到一個新的GBM細(xì)胞亞群，描述該亞群的免疫調(diào)節(jié)特征和與髓細(xì)胞的相互作用?；赥C-6的核心調(diào)節(jié)子和一致性聚類鑒定了3個GBM亞型。隨后，作者構(gòu)建了基于11個基因的GBM亞型分類器，結(jié)果表明亞型C3和非C3亞型的預(yù)后和抗PD-1治療效果不同。本研究對GBM分子診斷和免疫治療具有潛在價值。本研究的亮點在于作者的分析數(shù)據(jù)集納入了單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組和bulk轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)集且構(gòu)建的11-基因分類器使用額外數(shù)據(jù)集進(jìn)行了驗證。