
期刊:Cell communication and signaling
影響因子:8.9
伯豪技術(shù)服務(wù)+產(chǎn)品:scRNA-seq、伯優(yōu)®單細(xì)胞測(cè)序組織保存液
研究背景
肺癌和慢性阻塞性肺疾?。–OPD)是全球主要的健康挑戰(zhàn),而兩者在患者中的共存帶來(lái)了獨(dú)特的臨床復(fù)雜性。同時(shí)患有肺腺癌(LUAD)和COPD的患者對(duì)傳統(tǒng)化療和靶向治療的反應(yīng)降低,但對(duì)免疫治療表現(xiàn)出更高的敏感性。
實(shí)驗(yàn)材料
248例表型發(fā)現(xiàn)隊(duì)列;6例(3例患有COPD,3例未患有COPD)未經(jīng)治療的LUAD患者的腫瘤樣本、鄰近正常組織和外周血進(jìn)行單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測(cè)序(scRNA-seq);34例額外的未經(jīng)治療的LUAD患者中進(jìn)行了多重?zé)晒饷庖呓M化(mfIHC);65例接受免疫治療的LUAD患者獨(dú)立隊(duì)列;
主要技術(shù)
scRNA-seq、伯優(yōu)®單細(xì)胞測(cè)序組織保存液
(技術(shù)服務(wù)及科技產(chǎn)品由伯豪生物提供)
研究結(jié)果
1. 有COPD和無(wú)COPD的LUAD患者免疫治療結(jié)果比較
研究納入248名LUAD患者,其中140名患有COPD,108名未患COPD。兩組患者在性別、年齡、吸煙史、PD-L1表達(dá)及腫瘤分期等方面無(wú)顯著差異,且大多數(shù)患者接受了免疫治療作為一線治療。結(jié)果顯示,盡管兩組在標(biāo)準(zhǔn)免疫治療療效終點(diǎn)(如ORR、DCR和PFS)上無(wú)顯著差異,但COPD組患者在血清腫瘤標(biāo)志物(如CEA和NSE)的降低上更為顯著。在4期患者中發(fā)現(xiàn),COPD組的DCR更高,血清腫瘤標(biāo)志物降低更顯著。表明COPD可能與LUAD患者更有利的免疫治療反應(yīng)相關(guān)。
2. LUAD患者腫瘤細(xì)胞和腫瘤免疫微環(huán)境單細(xì)胞圖譜
為闡明表型發(fā)現(xiàn)隊(duì)列中發(fā)現(xiàn)的潛在機(jī)制,對(duì)來(lái)自3名有COPD的LUAD患者和3名無(wú)COPD的LUAD患者的腫瘤樣本、鄰近正常組織樣本以及外周血單個(gè)核細(xì)胞(PBMCs)進(jìn)行了單細(xì)胞RNA測(cè)序(scRNA-seq)分析(圖1A)。基于marker基因?qū)⒓?xì)胞類型識(shí)別出包括上皮細(xì)胞、髓系細(xì)胞、T/NK細(xì)胞、B細(xì)胞、增殖細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞、成纖維細(xì)胞、肥大細(xì)胞和血小板九種細(xì)胞類型,并且在樣本和樣本類型中一致存在(圖1B-D)。在腫瘤組織中,有COPD的LUAD患者的腫瘤樣本(tC)有更低的腫瘤細(xì)胞比例和更高的免疫細(xì)胞比例(圖1E)。在正常肺組織中,有COPD的LUAD患者的組織(nC)顯示出更高的髓系細(xì)胞比例和更低的T/NK細(xì)胞比例,與COPD肺組織預(yù)期的炎癥浸潤(rùn)表型一致。然而,tC顯示出比無(wú)COPD的LUAD患者(tNC)更高的T/NK細(xì)胞比例和更低的髓系細(xì)胞比例。表明有COPD的LUAD患者的腫瘤表現(xiàn)出免疫學(xué)上“熱”腫瘤的特征,即細(xì)胞毒性免疫細(xì)胞的浸潤(rùn)增加。在腫瘤和正常組織中,COPD組的B細(xì)胞比例均有所增加。兩組患者的PBMCs分析顯示,與無(wú)COPD的LUAD患者(pNC)相比,有COPD的LUAD患者的PBMCs(pC)顯示出略低的髓系細(xì)胞比例,及T/NK細(xì)胞和B細(xì)胞略高的比例。

圖 1
3. 上皮細(xì)胞的異質(zhì)性和轉(zhuǎn)錄組特征
為深入研究有或無(wú)COPD的LUAD患者的上皮細(xì)胞的異質(zhì)性,對(duì)上皮細(xì)胞進(jìn)行了無(wú)監(jiān)督聚類,得到肺泡I型(AT1)細(xì)胞、肺泡II型(AT2)細(xì)胞、基底細(xì)胞、纖毛細(xì)胞、Clara細(xì)胞等,以及五個(gè)全部來(lái)源于腫瘤組織無(wú)法被歸類為正常細(xì)胞共12個(gè)細(xì)胞群(圖2A-C)。通過(guò)inferCNV分析發(fā)現(xiàn),這五個(gè)群拷貝數(shù)變異(CNV)水平顯著升高,認(rèn)定為惡性細(xì)胞(圖2D)。通過(guò)擬時(shí)序估的他們的分化狀態(tài),與正常上皮細(xì)胞相比,五個(gè)腫瘤來(lái)源的上皮細(xì)胞簇在軌跡上處于不同的階段(圖2E)。并且發(fā)現(xiàn),有COPD的LUAD患者惡性細(xì)胞的inferCNV水平更低,表明其惡性程度相對(duì)較低,在發(fā)育軌跡上也更接近正常細(xì)胞,且其轉(zhuǎn)錄組特征與無(wú)COPD患者存在顯著差異(圖2D-F)。人類白細(xì)胞抗原(HLA)在腫瘤抗原呈遞和免疫反應(yīng)激活中的關(guān)鍵作用,結(jié)果顯示,有COPD的LUAD患者惡性細(xì)胞中HLA-I激活占主導(dǎo),而無(wú)COPD患者中HLA-II激活占主導(dǎo)(圖2G-J)。通過(guò)獨(dú)立免疫治療反應(yīng)隊(duì)列分析發(fā)現(xiàn),HLA-I高表達(dá)的腫瘤患者預(yù)后較好,而HLA-II高表達(dá)的腫瘤患者預(yù)后較差(圖2K-L)。

圖 2
4. T細(xì)胞和NK細(xì)胞的分布及功能特征
對(duì)T/NK細(xì)胞進(jìn)行細(xì)分注釋得到NK_CD56+、NK_CD16+_C1和NK_CD16+_C2三種NK細(xì)胞亞群、CD4_Tn、CD4_Tem、CD4_Tex等七種CD4+ T細(xì)胞亞群、CD8_Tn、CD8_Trm、等四種CD8+ T細(xì)胞亞型,以及一個(gè)增殖的T細(xì)胞亞群(圖3A和B)。這些細(xì)胞亞群在不同患者、樣本類型以及有或無(wú)COPD的LUAD患者樣本中表現(xiàn)出不同的分布(圖3C)。與tNC相比,tC組的CD8+ T細(xì)胞和NK細(xì)胞的總體浸潤(rùn)水平更高,但CD4+ T細(xì)胞的浸潤(rùn)水平更低(圖3D)。對(duì)于CD4?T細(xì)胞亞群而言,免疫抑制性的CD4_Tex和CD4_Treg細(xì)胞在腫瘤組織中相對(duì)于正常肺組織顯著增加;與tNC相比,tC組CD4_Ctl細(xì)胞的比例更高,而CD4_S100A6?細(xì)胞的比例更低(圖3E)。對(duì)于NK細(xì)胞,細(xì)胞毒性較強(qiáng)的NK_CD16?_C1細(xì)胞在伴隨COPD的tC組和nC組富集,而細(xì)胞毒性較弱的NK_CD16?_C2亞型在非COPD患者中更為常見(圖3F和G)。此外,CD8_Tem細(xì)胞的比例tC組相對(duì)于tNC組更高,CD8_Tex細(xì)胞的比例更低。這些結(jié)果表明,在患有COPD的LUAD患者的腫瘤免疫微環(huán)境中,具有細(xì)胞毒性潛力的腫瘤浸潤(rùn)免疫細(xì)胞的豐度有所增加。

圖 3
5. CD8+T細(xì)胞的不同動(dòng)力學(xué)和功能狀態(tài)
CD8+ T細(xì)胞在腫瘤進(jìn)展和免疫治療反應(yīng)中的關(guān)鍵作用,基于發(fā)育分支和進(jìn)化時(shí)間過(guò)程,將這些CD8+ T細(xì)胞進(jìn)行擬時(shí)序分析,分為六個(gè)階段,包含八個(gè)細(xì)胞亞型(圖4A-B)。分析結(jié)果顯示,CD8+ T細(xì)胞從CD8_Tn(第1階段)有效轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂懈叨燃?xì)胞毒性的CD8_Tem(第2a、3、4、5階段)和CD8_Trm(第2b階段),最終發(fā)展為高度耗竭的CD8_Tex(第6a、6b階段)細(xì)胞(圖4C-D)。值得注意的是,盡管高度耗竭的晚期CD8+ T細(xì)胞在腫瘤組織中占主導(dǎo)地位,但來(lái)自COPD患者的CD8+ T細(xì)胞也包含一個(gè)具有高度細(xì)胞毒性的中間階段CD8+ T細(xì)胞亞群(圖4E)。這一結(jié)果通過(guò)mfIHC得到驗(yàn)證,與tNC相比,tC組的GZMK+CD8+ T細(xì)胞的數(shù)量和細(xì)胞毒性評(píng)分顯著更高(圖4F-H)。這些發(fā)現(xiàn)表明,與無(wú)COPD的患者相比,有COPD的LUAD患者的腫瘤免疫微環(huán)境(TIME)具有更強(qiáng)的腫瘤殺傷能力。特別是6b階段細(xì)胞僅存在于腫瘤組織中,并且TIGIT、LAG3、PDCD1等免疫檢查點(diǎn)相關(guān)基因的高表達(dá)為特征,可能有助于解釋有COPD和無(wú)COPD的LUAD患者之間免疫治療反應(yīng)的差異。通過(guò)對(duì)CD8_Tex的表達(dá)譜差異分析發(fā)現(xiàn),細(xì)胞毒性標(biāo)記物GZMB和KLRD1在tC組高表達(dá),免疫球蛋白相關(guān)基因包括IGHG4、IGKC、IGLC2等同樣在tC組高表達(dá),這反映了更強(qiáng)的促炎和抗腫瘤能力(圖4I);CTLA4、LAG3、TIGIT等基因在tN組的表達(dá)顯著上調(diào)(圖4J),這也意味著有COPD的LUAD患者可能對(duì)免疫治療有更好的反應(yīng)(圖4J)。值得注意的是,在tN患者腫瘤浸潤(rùn)性CD8_Tex細(xì)胞中,與免疫治療反應(yīng)密切相關(guān)趨化因子配體13(CXCL13)的表達(dá)顯著增加,并通過(guò)mfIHC進(jìn)一步驗(yàn)證(圖4K-M)。
在免疫治療反應(yīng)隊(duì)列中,CXCL13高表達(dá)的患者對(duì)免疫治療的反應(yīng)更好(圖4N)。這些發(fā)現(xiàn)表明,有COPD和無(wú)COPD的LUAD患者腫瘤浸潤(rùn)性CD8_Tex細(xì)胞之間的差異可能是導(dǎo)致免疫治療反應(yīng)差異的原因,COPD患者中CXCL13+ CD8_Tex細(xì)胞的高豐度可能發(fā)揮了關(guān)鍵作用。

圖 4
6. 髓系細(xì)胞亞型的不同分布
對(duì)髓系細(xì)胞進(jìn)行亞群細(xì)分,注釋得到4個(gè)組織駐留巨噬細(xì)胞群、3個(gè)單核細(xì)胞衍生巨噬細(xì)胞群、3個(gè)單核細(xì)胞群、3個(gè)樹突狀細(xì)胞群、1個(gè)中性粒細(xì)胞群和1個(gè)增殖巨噬細(xì)胞群(圖5A-B)。來(lái)自腫瘤和正常肺組織的髓系細(xì)胞在不同亞型之間分布較為平衡,而來(lái)自PBMC的髓系細(xì)胞主要由單核細(xì)胞和樹突狀細(xì)胞組成(圖5C)。促炎、抗炎和HLA功能基因集的表達(dá)分析發(fā)現(xiàn),TRM4表現(xiàn)出促炎基因的高表達(dá)水平,MDM1表現(xiàn)出促炎和抗炎基因特征;MDM2顯示出對(duì)趨化因子(如CXCL9、CXCL10和CXCL11)和HLA-I類分子(包括HLA-A、HLA-B和HLA-C)的特異性高表達(dá),表明其具有獨(dú)特的促炎表型及與CD8+ T細(xì)胞存在相互作用;相反,MDM3表現(xiàn)出抗炎因子(如IL10、CD163和FOLR22)的特異性高表達(dá)(圖5D)。M1和M2極化評(píng)分也表明,MDM2代表一種促炎的M1樣巨噬細(xì)胞表型,而MDM3則對(duì)應(yīng)一種抗炎的M2樣巨噬細(xì)胞表型(圖5E)。TRMs和MDMs主要來(lái)源于腫瘤和正常肺組織,TRMs在腫瘤和正常肺組織中的整體分布相對(duì)一致,MDM在nC組中的豐度更高,表明在受COPD影響的正常肺組織中同時(shí)存在促炎和抗炎狀態(tài),并且tC組的MDM2具有顯著更高的促炎能力(圖5F-G),這些發(fā)現(xiàn)突顯COPD在促進(jìn)或維持腫瘤組織中具有促炎功能的MDM2亞群中的作用。對(duì)DCs進(jìn)行了全面分析發(fā)現(xiàn),tC組有較低豐度的cDCs,較高豐度的mregDCs。此外,mregDCs表達(dá)共刺激分子(如CD40、CD80和CD86),表現(xiàn)出成熟的激活表型,這些分子有助于招募各種浸潤(rùn)性T細(xì)胞亞群,還表現(xiàn)出增強(qiáng)的遷移能力和免疫調(diào)節(jié)能力(圖5H)。值得注意的是,樹突狀細(xì)胞的成熟評(píng)分與免疫調(diào)節(jié)和遷移評(píng)分呈正相關(guān),這表明cDCs在成熟過(guò)程中會(huì)向引流淋巴結(jié)遷移,最終轉(zhuǎn)變?yōu)閙regDCs,并在腫瘤免疫微環(huán)境(TIME)中誘導(dǎo)免疫耐受(圖5I-K)。因此,mregDCs在有COPD的LUAD患者腫瘤組織中的富集可能會(huì)增強(qiáng)這些患者對(duì)免疫治療的反應(yīng)性。

圖 5
7. 免疫微環(huán)境中B細(xì)胞浸潤(rùn)和活性的增強(qiáng)
對(duì)B細(xì)胞進(jìn)行亞群細(xì)分,注釋得到naïve B cells、PCs和三個(gè)memory B cells亞群共5個(gè)細(xì)胞亞群(圖6A-B)。無(wú)論是正常肺組織還是癌性肺組織,COPD患者的肺組織中B細(xì)胞/漿細(xì)胞的豐度均顯著增加,這表明COPD促進(jìn)了它們?cè)诜文[瘤免疫微環(huán)境(TIME)中的積累(圖6C)。來(lái)自tC組的記憶B細(xì)胞表現(xiàn)出更高的HLA基因表達(dá)水平(圖6D)。對(duì)PC細(xì)胞進(jìn)行差異分析及富集分析發(fā)現(xiàn),tC組B細(xì)胞受體信號(hào)通路和抗原受體介導(dǎo)的信號(hào)通路等與免疫反應(yīng)激活相關(guān)通路激活,tNC組與蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài)和凋亡信號(hào)通路相關(guān)激活(圖6E-G)。并且tN組中漿細(xì)胞的免疫球蛋白亞型基因表達(dá)水平顯著更高,表明其激活程度增加(圖6H)。這些發(fā)現(xiàn)強(qiáng)調(diào)了有COPD的LUAD患者腫瘤組織中記憶B細(xì)胞更強(qiáng)的抗原呈遞能力以及漿細(xì)胞增強(qiáng)的功能活性,這可能有助于腫瘤免疫治療的反應(yīng)性。

圖 5
8. 惡性細(xì)胞和免疫細(xì)胞之間配體-受體細(xì)胞間相互作用的影響
為進(jìn)一步探究惡性細(xì)胞與免疫細(xì)胞之間的相互作用,利用CellChat推斷其配體-受體相互作用(圖7A)。結(jié)果顯示,在COPD條件下(tC),相互作用的總數(shù)和強(qiáng)度顯著增加(圖7B),特別是在tC中,MDM2亞群的外向相互作用強(qiáng)度顯著增加,表明MDM2在有COPD的LUAD患者中具有更高的功能活性;有趣的是,在tC中,CD4+ T細(xì)胞、CD8+ T細(xì)胞和NK細(xì)胞來(lái)自其他譜系(尤其是惡性細(xì)胞)的傳入信號(hào)顯著增強(qiáng);mregDC細(xì)胞向惡性細(xì)胞和髓系細(xì)胞亞群發(fā)出的信號(hào)減弱,尤其是對(duì)癌細(xì)胞的影響更為明顯(圖7C)。進(jìn)一步分析與腫瘤內(nèi)免疫反應(yīng)相關(guān)的CD4+ T細(xì)胞、CD8+ T細(xì)胞和NK所接收到的細(xì)胞信號(hào),結(jié)果發(fā)現(xiàn),在tC中,CD4+ T細(xì)胞以HLA-II為主,NK細(xì)胞和CD8+ T細(xì)胞則以HLA-I為主;這些發(fā)現(xiàn)表明,在tC中,免疫激活信號(hào)得到了增強(qiáng),可能會(huì)提高免疫活性的程度(圖7D)。深入了解MDM2對(duì)這三種免疫效應(yīng)細(xì)胞類型的調(diào)控作用,結(jié)果表明,在tC中,這三種細(xì)胞類型從MDM2接收到的信號(hào)增強(qiáng),主要涉及HLA-I、HLA-II、TNF、FN1、半乳糖凝集素以及其他促免疫信號(hào)通路(圖7E)。

圖 7
總結(jié)
研究發(fā)現(xiàn),COPD患者的腫瘤細(xì)胞表現(xiàn)出更高的HLA-I表達(dá)和較不具侵襲性的表型。同時(shí),這些患者的腫瘤免疫微環(huán)境(TIME)更為活躍,表現(xiàn)為自然殺傷(NK)細(xì)胞、效應(yīng)CD4+ T細(xì)胞和效應(yīng)CD8+ T細(xì)胞的浸潤(rùn)增加,以及表達(dá)免疫檢查點(diǎn)基因的CXCL13+CD8+ T細(xì)胞和成熟調(diào)節(jié)性樹突狀細(xì)胞(mregDC)數(shù)量的增加。這些特征共同促進(jìn)了COPD患者對(duì)免疫治療的更好反應(yīng)。本研究為針對(duì)COPD患者的LUAD治療策略的優(yōu)化提供了理論基礎(chǔ),為理解其增強(qiáng)的免疫治療反應(yīng)機(jī)制提供了全面的資源,并為開發(fā)新的免疫治療增強(qiáng)方法鋪平了道路。
參考文獻(xiàn):
Huang Y, Liang B, Chen X, et al. Enhanced immunotherapy response in lung adenocarcinoma patients with COPD: insights into tumor cells and immune microenvironment characteristics. Cell Commun Signal. 2025 Jul 4;23(1):324. doi: 10.1186/s12964-025-02332-7 . PMID: 40616101.

伯優(yōu)®單細(xì)胞測(cè)序組織保存液專為人、小鼠等動(dòng)物新鮮組織樣本的保存和運(yùn)輸而設(shè)計(jì)。組織在4°C條件下保存72小時(shí)以內(nèi),可制備成高活率的細(xì)胞懸液,滿足單細(xì)胞測(cè)序的實(shí)驗(yàn)要求。