单细胞 多色免疫荧光技术揭示肺腺癌与肺鳞癌免疫景观异质性

文章摘要

肿瘤免疫微环境的研究对于非小细胞肺癌 (NSCLC) 患者的免疫治疗策略选择和临床反应预测至关重要。10x Genomics单细胞 RNA 测序 (scRNA-seq) 技术促使研究人员有机会剖析肺腺癌 (LUAD) 和肺鳞状细胞癌 (LUSC) 这两种主要的 NSCLC 亚型之间的不同免疫特征。作者对来自 19 名 NSCLC 患者的 40 个肿瘤样本和匹配的邻近正常组织的 72,475 个免疫细胞进行了 scRNA-seq，并绘制了系统的免疫细胞转录组图谱。基于癌症基因组图谱 (TCGA) 的不同细胞组成、差异表达基因 (DEG)、细胞间相互作用、拟时序分析、转录组因子和预后因素的联合分析揭示了细胞毒性和效应 T 细胞和 NK 细胞的核心作用以及 LUAD 和 LUSC 之间免疫微环境异质性中不同的功能性巨噬细胞 (Mφ) 亚型。并通过Akoya的多色免疫荧光技术验证了肿瘤特异性细胞亚型基因的表达。Mφ的主要亚型是LUAD中的FABP4-Mφ和LUSC中的SPP1-Mφ。重要的是，作者发现了一个新的淋巴细胞相关的 Mφ 簇，文中将其命名为 SELENOP-Mφ，并进一步确定了它在这两种类型中的抗肿瘤作用，尤其是在 LUAD 中。作者对免疫异质性和 Mφ 簇定义的全面描述有助于在临床实践中为肺癌患者设计个性化治疗。

 研究结果

1.通过10x Genomics单细胞测序揭示LUAD和LUSC之间免疫景观的异质性

为了描述NSCLC的免疫景观，本研究共研究了19例NSCLC患者的40个匹配肿瘤和相邻正常组织样本。其中10例为原发性肺肿瘤，未经治疗的肺腺癌(LUAD)；9例为原发性肺肿瘤，未经治疗的肺鳞癌(LUSC)。通过单细胞转录组测序及聚类分析，所有的免疫细胞可以分为9种细胞亚型。基于对每个患者所有免疫细胞的邻近正常肺标本(NL)和肿瘤组织的比较，阐明不同疾病类型和每个患者中免疫细胞类型的比例。本研究描述了NSCLC中高分辨率单细胞免疫景观的图谱，并确定了LUAD和LUSC之间的免疫微环境特征的显著差异。研究发现，Mφ和淋巴细胞对NSCLC患者的两种主要亚型之间的免疫异质性有重要贡献。这些信息可以为进一步探索获得详细的生物学见解和开发新的免疫检查点或治疗靶点提供有价值的参考。

2.Akoya多色免疫荧光分析揭示LUAD和LUSC的中M发挥不同作用

本研究通过对LUAD和LUSC患者的肿瘤切片进行了Akoya多色免疫荧光分析。在LUAD中，多色IHC染色显示DC(CD1C+)和Mφ(CD68+)细胞的物理关系，分子对TNFRSF1A-GRN也在两种细胞类型中表达，证实了DC和Mφ在TNFRSF1A-GRN上的相互作用。在DC和Mφ中也观察到FN1-a4b1的类似结果。在LUSC中，作者观察了多色IHC染色后DC(CD1C+)和Gran(S100A8+)细胞中ALOX5-ALOX5AP和CD44-HBEGF分子对的相互作用。研究表明LUAD中的这些相互作用在治疗和预后反应方面更加丰富，表明肿瘤生态系统的异质性和可塑性根据肿瘤分期而不同。

3.通过数据分析发现一个新的亚群

基于来自TCGA数据库(513 LUAD和501 LUSC)的转录组数据的每个巨噬细胞亚群特异性标记物的存活分析表明，AREG、IGHA1、MMP14、PLAU、S100A8增加和HPGD降低与LUSC患者的总体存活率呈负相关。通过基于M1、M2、血管生成和吞噬的单样本基因集富集分析(ssGSEA)评分来分析这些细胞类型的功能，还发现SPP1-Mφ簇参与蛋白质代谢和细胞因子相关途径，最后作者发现了一个新的淋巴细胞相关的 Mφ 簇，文中将其命名为 SELENOP-Mφ，并进一步确定了它在这两种类型中的抗肿瘤作用，尤其是在 LUAD 中。作者对免疫异质性和 Mφ 簇定义的全面描述有助于在临床实践中为肺癌患者设计个性化治疗。