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Single-cell transcriptomics reveals the aggressive landscape of high-grade serous carcinoma and therapeutic targets in tumor microenvironment. Cancer Lett. doi:10.1016/j.canlet. 2024.216928. 

背景

高分期卵巢浆液性癌（high-grade serous carcinoma，HGSC）是最常见和致死性最高的卵巢癌亚型，约占所有卵巢癌病例的70%。尽管在理解HGSC的分子和细胞机制方面取得了重大进展，但HGSC转移的复杂机制仍不清楚。在本研究中，作者对来自18例HGSC患者34个肿瘤样本的109573个细胞(包括原发肿瘤和转移部位)进行了单细胞RNA测序，发现了10个促进卵巢癌生长和侵袭基因，揭示了免疫抑制性肿瘤相关巨噬细胞亚型通过PPARγ调节，进行糖脂代谢重编程，促进肿瘤转移。这些发现促进了对HGSC的发病机制理解和新治疗靶点开发。

结果

1. 对收集的HGSC样本进行转移灶归类，随后进行单细胞测序。测序结果根据基因标记物将细胞分为8种类型，40.6%的细胞可以归为T细胞，其次单核细胞占总细胞的30.8%，并分析出每种转移灶中的细胞类型。

2. 作者进一步将细胞分为10个簇，再根据特诊基因归为6个功能亚组，其中S100A9+肿瘤细胞亚群被10个基因标记。S100A9是钙离子结合蛋白，在多种炎症反应中发挥重要作用。进一步研究发现S100A9+肿瘤细胞水平较高的患者，其总生存期明显较短，同时S100A9+肿瘤细胞与转移性样本的铂类耐药通路密切相关。

3. 作者对S100A9+肿瘤细胞进行聚类分析，得到9个亚群。根据标记基因，9个亚群又可归为3功能亚群，C3_C5_C7亚群是卵巢组织中的主要类型，C1_2_4亚群与卵巢癌患者总生存期降低相关。进一步分析发现C3_C5_C7亚群可能会分化成C1_2_4或者C0_6_8亚群。Beam基因功能分析揭示了C1_2_4主要激活NF-κB信号通路、DNA损伤应答、细胞迁移、MAPK和Ras信号通路，C0_6_8亚群主要富集在免疫相关通路。

4. 作者使用siRNA在高分期浆液性卵巢癌细胞株OVCAR3和CAOV3中敲除S100A9+肿瘤细胞的10个特征基因，结果显示敲除这10个基因显著抑制肿瘤细胞的克隆形成能力和迁移以及侵袭能力。免疫缺陷小鼠人肿瘤异种移植模型显示，敲除这10个基因显著抑制卵巢癌结节大小与肿瘤重量，敲低S100A9、S100A8或NDRG2的影响最为显著。

5. 作者根据标记基因，将HGSC组织中所有癌相关成纤维细胞（CAF）分为6种子类型。TGFB1+/LGALS3+_myCAF, IL6+/IL1B_iCAF和CXCL12+/KRT19+ _apCAF与糖代谢相关联，且由于己糖激酶2 (HK2)的高表达而被定义为HK2+_CAFs亚群，其余的归为HK2-_CAFs亚群。TCGA分析显示高HK2+_CAFs亚群患者总生存期明显较短。KEGG通路分析显示HK2+_CAFs亚群富集缺氧和药物激活反应、糖酵解过程、糖异生、血管生成和细胞迁移等通路。CAF的主要转录因子是KLF5，KLF5可介导血管生成、对缺氧的反应、细胞对葡萄糖饥饿的反应和间充质发育等多种生物学过程。敲低KLF5可显著减少CAFs中HK2表达和抑制卵巢癌细胞迁移以及侵袭。这些结果表明HK5+_CAFs亚型可能被KLF5激活，且与糖酵解相关。

6. 作者将肿瘤相关巨噬细胞（TAMs）细分为8个亚群，MARCO+_C2 TAM和CX3CR1+_C2 TAM主要富集于原位HGSC组织。葡萄糖-6-磷酸异构酶（GPI）主要富集在MARCO+_C2 TAM亚型中，氧化物酶体增殖物激活受体γ (PPARG)是GPI调节的转录因子。PPARG在CD36+_C1 TAM亚群中表达最高，可以调节一系列涉及葡萄糖代谢和脂代谢的基因。网膜转移瘤中特异性的CD36+_C2 TAM亚群具有特异性的IL-10表达，与较短的总生存期显著相关。此外，网膜转移瘤细胞亚群中HBEGF、IGF和HGF的表达显著增加，可抑制T细胞，促进肿瘤生长。

7. 作者将CD4+和CD8+ T细胞细分为15个亚群，这些T细胞的基因表达谱结果显示，腹水转移灶中T细胞与其它部位显著不同，MAIT_CD8+ T细胞在这里大量富集。Naive_CD8+ T细胞主要在转移灶附近，基因表达图谱与原发灶显著不同。Treg_CD4+ T细胞在原发灶、腹膜转移灶和网膜转移灶中的基因表达谱相似，但在腹水、脾脏转移灶和淋巴结转移灶中的基因表达谱不同。这些结果表明Naive_CD8+ T细胞和Treg_CD4+ T细胞在不同HGSCs部位发挥了一个重要作用。