肝胆管狭窄

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文献解读丨单细胞联合多组学分析揭示肝内胆 [复制链接]

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年7月11日,医院肝胆外科朱继业教授团队和北京大学生物医学前沿创新中心(BIOPIC)、北京未来基因诊断高精尖创新中心(ICG)、生命科学学院白凡教授团医院肿瘤转化中心薛瑞栋副研究员合作在AdvancedScience(IF:16.)发表肝内胆管癌(ICC)最新研究成果“IDHMutationSubgroupStatusAssociateswithIntratumorHeterogeneityandtheTumorMicroenvironmentinIntrahepaticCholangiocarcinoma”,该研究首次从多组学层面全面描绘了肝内胆管癌的肿瘤异质性,揭示其不同组学层面异质性的紧密联系,首次证实其异质性在多个组学层面均显著高于肝细胞癌(HCC),揭示IDH突变亚型的高异质性和“冷肿瘤”微环境特征。该研究成果对优化肝内胆管癌的临床诊断、预后和治疗提供了重要的信息。本研究中10xGenomics单细胞转录组测序由博奥晶典提供检测服务。

接下来小编带大家一起走进这篇文章

解读作者的研究思路及主要结论IDHMutationSubgroupStatusAssociateswithIntratumorHeterogeneityandtheTumorMicroenvironmentinIntrahepaticCholangiocarcinoma

AdvancedScience

16.

医院、北京大学生物医学前沿创新中心(BIOPIC)、北京未来基因诊断高精尖创新中心(ICG)、医院

研究背景

每年全球约70万病人死于肝癌,肝内胆管癌(ICC)发病约占肝癌的15%,侵略性较强且预后较差,目前主要治疗手段为手术切除,但是其术后极易复发。已有文献报道肝癌耐药、复发和预后差的重要原因之一是肿瘤异质性,然而对ICC肿瘤异质性的认知仍非常缺乏。

研究思路

研究结果

1WES结果揭示ICC在DNA水平存在广泛的肿瘤异质性(ITH)

研究对14例病人共计73份样本进行WES,分析了肝内胆管癌高频突变事件,绘制了患者基因突变谱(图1)及所有突变的区域分布热图(图2A)。进一步分析发现克隆-ITH显著高于突变-ITH(图2B),通过与已发表的多个肝细胞癌(HCC)数据综合比较发现ICC有着强烈的肿瘤异质性且显著高于HCC(图2C-2D)。

图1ICC病人的基因突变谱图2DNA水平上观察到的ICC中广泛存在的肿瘤异质性(ITH)2ICC在RNA水平和肿瘤免疫微环境(TME)中存在广泛的ITH,且IDH突变亚组中的肿瘤表现出更高程度的ITH

对RNA-seq结果进行无监督层次聚类,结果显示来自同一患者的数据聚集在一起,表明在转录组水平上,ICC肿瘤的瘤间异质性高于瘤内异质性(图3A);利用基因组谱(PRECOG)数据库的临床结果预测计算样本RNA瘤内和瘤间异质性评分,生产了4个ICC的RNA异质性象限(图3B-C);接下来,根据每个患者体内肿瘤区域的前个高度可变基因计算RNA-ITH,结果显示ICC肿瘤的显著高于HCC(图3D)。对病人P10的5个肿瘤区域中PD-1进行免疫组化分析,显示同一肿瘤不同区域的PD-1表达存在差异(图3E),因此对特定肿瘤的单个区域进行测序判断是否适合PD-1阻断治疗具有局限性。

综上所述,研究人员观察到ITH在多个层面上的高度一致性。基于克隆性ITH,将队列中的14名患者分为高ITH组和低ITH组,结果显示高ITH患者表现出显著高的突变ITH(图3H)。此外,发现克隆-ITH和突变-ITH,突变-ITH和RNA-ITH以及RNA-ITH和免疫ITH之间均存在正相关(图3I)。

此外,基于ICC_TCGA研究报告的60个基因(高甲基化和高代谢状态)对本次结果进行了无监督聚类,样本被分为IDH-SG和非IDH-突变亚组(图4A)。使用ICC_TCGA队列来探索ITH程度与IDH亚组状态之间的关系。通过PyClone推断每个突变的CCF并计算克隆突变的百分比,根据这些患者的中位数分为两组,“高ITH”和“低ITH”(图4B)。该分析提示IDH突变亚组中的肿瘤表现出更高程度的ITH。

图3RNA水平和肿瘤免疫微环境(TME)观察到ICC中广泛的ITH

图4结合TCGA数据库信息分析显示IDH突变亚组中的肿瘤表现出更高程度的ITH

3单细胞转录组测序结果证实了IDH突变亚组具有“高肿瘤异质性”和“冷肿瘤微环境”的特征

研究人员选择了4例有代表性的ICC肿瘤组织(2例IDH-SH,2例IDH-NO)进行scRNA-seq,共获得了个细胞(图5A);确定了6种主要细胞类型,包括T细胞、B细胞、癌症相关成纤维细胞(CAF)、内皮细胞(EC)和上皮细胞(图5B),其中分为个恶性细胞和个非恶性细胞,并进行CNA分析(图5C-D);恶性细胞的非负矩阵分解(NMF)确定了3个元程序,包括上皮间质转化(EMT)、压力和核糖体(图5E-F);GSVA等分析进一步揭示,相对于IDH-NO样本,来自IDH-SG肿瘤的恶性细胞EMT、血管生成和代谢等途径显著上调(图5G);EMT和干性评分和RNA-ITH评分均显著升高(图5H-J)。

图5IDH-SG与IDH-NO病人的单细胞转录组测序结果

研究进一步分析了ICC中的个非恶性细胞,包括EC、CAF、骨髓细胞、T细胞和B细胞(图6A-C)。T细胞进一步分为CD8+、CD4+、增殖细胞和Treg细胞。不同细胞类型的比例因肿瘤而异(图6D);与IDH-NO肿瘤相比,IDH-SG肿瘤的T细胞减少,CAF增加;CD4+和CD8+T细胞的浸润较少(图6E-F);IDH-SG来源的CD8+T细胞显示出更高的初始受体表达,而IDH-NO组上调了共抑制和细胞毒性受体(图6G);Monocle2对CD8+T细胞的发育轨迹进行分析,IDH-SG来源的CD8+T细胞倾向于在树干处聚集,而IDH-NOCD8+T细胞则聚集在树枝上(图6H,I)。与IDH-SG组相比,IDH-NO组表现出显著增的T细胞细胞毒性和耗竭评分(图6L),免疫荧光染色证实,与IDH-NO肿瘤相比,IDH-SG肿瘤显示出较少的T细胞浸润和较低的T细胞细胞毒性(图6N)。

图6IDH-SG与IDH-NO病人非恶性细胞单细胞分析及验证

研究结论

1

基于WES和bulkRNA-seq结果描绘了ICC多方面一致存在的肿瘤内异质性(ITH)景观;将本研究数据与多个已发表的数据集进行比较,显示ICC中ITH的程度明显高于肝细胞癌;

2

结合TCGA数据库信息分析等揭示IDH突变亚组(IDH-SG)中的肿瘤表现出更高程度的ITH和更冷的肿瘤微环境;

3

scRNA测序成功验证了bulk多组学发现结论:即IDH-SG具有更高的ITH和更冷的TME。

总之,该研究首次表明IDH突变亚组具备较高的肿瘤异质性和较冷的肿瘤微环境特征,提示了在肝内胆管癌临床实践中评估IDH突变亚组的重要性,为优化其诊断、预后和治疗提供了重要的新思路。

参考文献

XiangX,LiuZ,ZhangC,etal.IDHMutationSubgroupStatusAssociateswithIntratumorHeterogeneityandtheTumorMicroenvironmentinIntrahepaticCholangiocarcinoma.AdvSci(Weinh).Jul11:e.doi:10.2/advs.01230.

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?JournalofHepatology

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博奥晶典单细胞测序平台

博奥晶典作为国内第一家引进10xGenomics平台的公司,率先在国内开展上万级通量的单细胞转录组测序服务。目前已经完成了多例样品、几百种不同样品类型的服务,覆盖的物种和样品类型包括人和小鼠的肝脏、肺脏、皮肤、心脏、脑、肾脏、血液、卵巢、神经,以及鸡、斑马鱼、猪、水稻、拟南芥、油菜、白菜、橄榄等,是目前国内大规模单细胞测序经验极丰富的公司。博奥晶典于年12月同时获得了单细胞转录组,单细胞ATAC,单细胞免疫组库3个服务产品的官方CSP认证,并于年9月获得了空间转录组产品的官方CSP认证,成为目前国内唯一一家同时获得4项10xGenomics平台服务官方认证的公司。博奥晶典支持单细胞测序文章分别发表在Cell、Circulation、CellStemCell、JournalofHepatology、CellResearch、GUT、NatureCommunications、PNAS、CellReports、CancerResearch等期刊,应用领域涉及细胞图谱绘制、类器官、生殖发育、干细胞、血管老化、血管异质性、肿瘤异质性、肿瘤免疫治疗、疾病机制研究等。至此,博奥晶典已累计支持客户发表单细胞高分文章43篇,影响因子分,是目前国内支持发文最多、累计影响因子最高的公司。■博奥晶典目前可开展以下单细胞测序产品和服务:博奥晶典科研服务李青

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