代謝組+轉(zhuǎn)錄組+單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組揭示腸道菌群代謝衍生物的抗腫瘤免疫反應(yīng)

01

代謝組+轉(zhuǎn)錄組+單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組揭示腸道菌群代謝衍生物的抗腫瘤免疫反應(yīng)

腸道微生物可以調(diào)控固有免疫和適應(yīng)性免疫應(yīng)答，參與免疫檢查點(diǎn)阻斷治療，但其影響腫瘤生長(zhǎng)的機(jī)制仍不清楚，胰腺導(dǎo)管腺癌(PDAC)臨床特征發(fā)現(xiàn)其具有顯著的免疫浸潤(rùn)，但免疫療法效果卻并不明顯，主要是由于組織的致密性和免疫抑制細(xì)胞的浸潤(rùn)，將免疫抑制轉(zhuǎn)變?yōu)榧せ顮顟B(tài)或是提高免疫治療效果的一種方法，有研究表明PDAC長(zhǎng)生存期患者具有獨(dú)特的微生物組具有抗腫瘤的作用，但是微生物如何調(diào)控腫瘤的免疫微環(huán)境尚未可知。

本文研究者首先利用甲硝唑處理PDAC小鼠模型，改變小鼠的腸道菌群，然后對(duì)處理組和對(duì)照組進(jìn)行血清代謝組檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)TMAO在處理組下降最為明顯，且腫瘤負(fù)荷明顯增加，對(duì)小鼠進(jìn)行TMAO腹腔注射逆轉(zhuǎn)了腫瘤負(fù)荷的增加，通過(guò)流式技術(shù)分析了腫瘤組織，血液，周?chē)�淋巴結(jié)，脾臟等部位的免疫細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)TMAO可以增加腫瘤的免疫浸潤(rùn)和效應(yīng)T細(xì)胞的活化，降低腫瘤負(fù)荷，提高小鼠存活率，TMAO代謝通路分析發(fā)現(xiàn)了TMAO誘導(dǎo)的免疫激活表型與腸道菌群酶CutC/D活性相關(guān)，接下來(lái)作者利用RNA-seq和scRNA對(duì)免疫細(xì)胞進(jìn)一步分析，發(fā)現(xiàn)TMAO驅(qū)動(dòng)浸潤(rùn)的免疫細(xì)胞向抗腫瘤狀態(tài)變化，Treg細(xì)胞反應(yīng)受到限制，腫瘤殺傷效應(yīng)T細(xì)胞得到促進(jìn)，并且TMAO可以直接改變腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞的表型，使其轉(zhuǎn)變?yōu)門(mén)細(xì)胞反應(yīng)的支持者，TMAO處理促進(jìn)了PDAC抗PD-1治療的敏感性也進(jìn)一步證實(shí)了其促進(jìn)腫瘤免疫抑制向免疫激活狀態(tài)的轉(zhuǎn)變，在人的樣本中也證實(shí)了TMAO處理提高了巨噬細(xì)胞的促炎作用，并且發(fā)現(xiàn)產(chǎn)TMAO細(xì)胞和CutC基因的表達(dá)水平和PDAC患者生存率和抗PD-1的反應(yīng)性相關(guān)。

本研究揭示了腸道菌群衍生代謝物TMAO與抗腫瘤免疫反應(yīng)的關(guān)系，提示PDAC臨床治療測(cè)潛在策略。

02

MERFISH揭示了人和小鼠大腦皮層細(xì)胞組織的保守性和差異性

人類(lèi)大腦皮層的細(xì)胞種類(lèi)繁多。這些細(xì)胞的空間組織和相互作用在形成和維持各種大腦功能中起著至關(guān)重要的作用。然而人類(lèi)皮層中不同類(lèi)型的細(xì)胞是如何組織的，以及不同物種的細(xì)胞組織是如何變化的仍不清楚。

在本研究中，研究者使用多重的容錯(cuò)熒光原位雜交（MERFISH，multiplexed error-robust fluorescence in situ hybridization）對(duì)4000個(gè)基因進(jìn)行了空間分辨單細(xì)胞譜分析，識(shí)別出>100個(gè)轉(zhuǎn)錄差異細(xì)胞群，并從分子定義的角度生成了人類(lèi)大腦顳上回和顳中回（middle and superior temporal gyrus）的空間分辨細(xì)胞圖譜。研究者還進(jìn)一步做了細(xì)胞互作分析來(lái)探討細(xì)胞與細(xì)胞之間的相互作用，這種相互作用是由細(xì)胞類(lèi)型中的體細(xì)胞接觸或接近引起的。人類(lèi)皮質(zhì)與小鼠皮質(zhì)的比較顯示了細(xì)胞層狀組織的保守性和跨物種的體細(xì)胞相互作用的差異。研究人員通過(guò)對(duì)受體-配體對(duì)分析還發(fā)現(xiàn)了神經(jīng)元和小膠質(zhì)細(xì)胞有接觸的可能，這解釋了為什么某些基因與神經(jīng)退行性疾病有關(guān)。

研究者的數(shù)據(jù)揭示了人類(lèi)特有的細(xì)胞-細(xì)胞接近模式，并顯示了在人類(lèi)皮層中神經(jīng)元和非神經(jīng)元細(xì)胞之間的相互作用顯著增加。

03

單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組結(jié)合空間轉(zhuǎn)錄組測(cè)序揭示FAP+成纖維細(xì)胞和SPP1+巨噬細(xì)胞在結(jié)直腸癌中的相互作用

結(jié)直腸癌（CRC）是最常見(jiàn)的惡性腫瘤之一，腫瘤微環(huán)境(TME)分析有助于發(fā)現(xiàn)潛在的治療靶點(diǎn)。

本研究分析了來(lái)自腫瘤和鄰近組織的54,103個(gè)細(xì)胞，以表征細(xì)胞組成，并闡明CRC中腫瘤富集細(xì)胞類(lèi)型的潛在起源和調(diào)控機(jī)制。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，腫瘤特異性FAP+成纖維細(xì)胞和SPP1+巨噬細(xì)胞在腫瘤組織中富集，并通過(guò)免疫熒光染色和空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)驗(yàn)證了它們的緊密定位。此外，研究者還進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)浸潤(rùn)FAP+成纖維細(xì)胞和SPP1+巨噬細(xì)胞的存在與淋巴細(xì)胞浸潤(rùn)呈負(fù)相關(guān)。這種相互作用可能受到趨化素、TGF-β和白細(xì)胞介素-1的調(diào)控，限制T細(xì)胞的浸潤(rùn)。同時(shí)，研究者發(fā)現(xiàn)FAP或SPP1高表達(dá)的患者在免疫治療中獲益較少。

本研究結(jié)果提供了一種潛在的治療策略，通過(guò)破壞FAP+成纖維細(xì)胞和SPP1+巨噬細(xì)胞的相互作用來(lái)改善免疫治療效果。

04

單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組揭示膠質(zhì)母細(xì)胞瘤中腫瘤和免疫環(huán)境的自然進(jìn)化機(jī)制

IDH野生型膠質(zhì)母細(xì)胞瘤的預(yù)后不佳給治療帶來(lái)挑戰(zhàn)，由于GBM中存在顯著的免疫抑制腫瘤環(huán)境使得免疫檢查點(diǎn)抑制劑治療效果受限，腫瘤細(xì)胞和免疫細(xì)胞之間的通訊在腫瘤進(jìn)展中起著關(guān)鍵作用，目前，已經(jīng)有研究利用配對(duì)的原發(fā)性和復(fù)發(fā)性樣本來(lái)探索治療驅(qū)動(dòng)GBM的進(jìn)展，但由于缺乏適當(dāng)?shù)哪Ｐ秃图夹g(shù)，腫瘤細(xì)胞在自然疾病進(jìn)展過(guò)程中如何與腫瘤微環(huán)境相互作用仍不清楚。多灶性GBM被定義為患者體內(nèi)同時(shí)發(fā)生的病變。被認(rèn)為是研究GBM自然進(jìn)化的絕佳模型，因?yàn)樗鼈兛赡艽�表腫瘤進(jìn)展的各個(gè)階段。

本文對(duì)8個(gè)多灶性IDH野生型原發(fā)性GBM的61,062個(gè)細(xì)胞進(jìn)行了單細(xì)胞測(cè)序，研究表明缺氧可以通過(guò)激活HIF1A-FOSL2軸潛在地促進(jìn)腫瘤的自然進(jìn)化特征 (NES)。這一過(guò)程可能是通過(guò)募集并誘導(dǎo)單核細(xì)胞極化為M2樣巨噬細(xì)胞實(shí)現(xiàn)的，高NES腫瘤細(xì)胞可以通過(guò)激活FOSL2-ANXA1-FPR1/3軸來(lái)募集和極化骨髓來(lái)源的巨噬細(xì)胞。這些極化的巨噬細(xì)胞可以有效地抑制T細(xì)胞活性并加速腫瘤細(xì)胞中的NES轉(zhuǎn)換，通過(guò)對(duì)FOSL2的下游基因ANXA1進(jìn)行敲除，顯著降低了巨噬細(xì)胞對(duì)CD8+T細(xì)胞的抑制作用，以及GL261衍生的同系神經(jīng)膠質(zhì)瘤小鼠模型中的腫瘤進(jìn)展，這意味著ANXA1可能是GBM治療的潛在靶點(diǎn)。與極化巨噬細(xì)胞共培養(yǎng)的腫瘤細(xì)胞傾向于增加NES，這可能與多種轉(zhuǎn)錄因子（例如FOSL2）和通路（例如EMT）的激活有關(guān)。這種進(jìn)展還伴隨著遷移能力的增強(qiáng)，這與極化巨噬細(xì)胞產(chǎn)生的CCL2相關(guān)。這表明極化巨噬細(xì)胞可以上調(diào)CCL2誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞遷移�？傊�，這項(xiàng)研究為自然腫瘤進(jìn)化提供了前所未有的高分辨率表征，還有免疫環(huán)境重塑和腫瘤遷移。

這種腫瘤細(xì)胞和巨噬細(xì)胞之間的頻繁相互作用增強(qiáng)了我們對(duì)GBM進(jìn)展的理解。并確定了腫瘤的自然進(jìn)化特征 (NES)。

05

單細(xì)胞分析確定慢性鼻竇炎炎癥異質(zhì)性的機(jī)制

人類(lèi)氣道慢性炎癥性疾病，包括慢性鼻竇炎(CRS)和哮喘，他們都有特定的發(fā)病機(jī)制，并且經(jīng)常并存。目前的臨床指南仍然推薦局部糖皮質(zhì)激素作為治療CRS和哮喘的主要藥物，但不考慮疾病亞型。但由于CRS和哮喘亞型的異質(zhì)性，如2型和非2型炎癥，治療的療效是不同的且相當(dāng)不穩(wěn)定。目前對(duì)于慢性鼻竇炎(CRS)和哮喘的細(xì)胞微環(huán)境的異質(zhì)性知之甚少。

在此，研究者對(duì)健康個(gè)體和患有三種CRS亞型的患者的鼻黏膜進(jìn)行了單細(xì)胞RNA測(cè)序(scRNA-seq)，并確定了特定于CRS亞型發(fā)病機(jī)制的疾病特異性細(xì)胞亞群和分子。結(jié)果顯示，ALOX15+巨噬細(xì)胞通過(guò)分泌趨化因子招募嗜酸性粒細(xì)胞、單核細(xì)胞和T輔助細(xì)胞2 (TH2)，參與了一種CRS亞型(嗜酸性CRS伴鼻息肉(eCRSwNP))的2型免疫驅(qū)動(dòng)發(fā)病機(jī)制。ALOX15抑制劑可減少人巨噬細(xì)胞中促炎趨化因子的釋放，并抑制嗜酸性鼻竇炎小鼠模型中2型免疫的過(guò)度激活。

研究者的發(fā)現(xiàn)促進(jìn)了對(duì)異質(zhì)免疫微環(huán)境和CRS亞型發(fā)病機(jī)制的理解，并確定了治療CRS和潛在的其他2型免疫介導(dǎo)疾病的潛在治療方法。

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