【原】单细胞识别健康和恶性乳腺中的脂质加工和免疫调节性内皮细胞

文章信息

文章题目:Single cell atlas identifies lipid-processing and immunomodulatory endothelial cells in healthy and malignant breast
期刊：Nat Commun（IF：17.694）
日期：2022/09/20
DOI：https:///10.1038/s41467-022-33052-y
研究领域: 单细胞测序；乳腺癌

文献概述

问题：乳腺癌（BC）中内皮细胞（EC）异质性。

方法：对来自9 个BC患者的26515个细胞（包括8433个EC）进行单细胞测序。

结果和结论：血管生成性 EC 在表型上相似，而其他 EC 亚型则不同。乳腺中EC亚型参与免疫反应；capillary EC亚型（LIPEC（脂质处理EC））参与脂质处理，相关基因受PPAR-γ调节，并且在肿瘤周围乳腺组织中更丰富。

结果

1. 肿瘤周围和肿瘤乳腺内皮细胞的分类学

肿瘤组织来自9个早期，未接受过治疗的激素受体阳性，HER2阴性的BC患者。FACS对单细胞分选后分成两部分：一部分用于研究EC异质性，另一部分用于研究EC和免疫细胞之间的细胞间相互作用。

把8433个富集到的EC聚类为12种不同的表型并注释，4个血管相关的EC亚型，arteries (HEY1, IGFBP3)；capillaries (CD36, CA4)；veins (ACKR1) and lymphatic ECs (LECs; CCL21, PROX1)

在本文中又分为更细的亚群

• artery i (CXCL12, AMD1) & artery ii (CLU, ELN)；
• capillary i (ID2) & capillary ii (CA4)；
• vein ii (LAMA5), vein iii (HLA-DQA1) & vein iv (EDN1))

动脉 EC （EC3） 参与细胞连接和粘附，而血管生成和活化的 PCV EC （EC4–6） 参与血管生成和 ECM 重塑过程。乳腺毛细血管EC参与脂质代谢，特别是毛细血管II EC（EC12）--- 脂质处理EC（LIPEC）。静脉EC（EC7-10）在免疫调节过程中富集。通过分层聚类来探索这些细胞亚群之间的联系和差别（这里的意义在于说明细胞亚群在统计学上是可以区分开的？难道不是佐证之前的分组是没问题的么，但和传统的分类方式又是不一致的）。

tumor ECs (TECs)
peri-tumoral ECs (pECs)

当将TEC与peEC进行比较时，动脉（EC2-3）和静脉（EC7-10）EC的丰度降低，而淋巴EC（EC1）相对保持不变。

2. 乳腺和肺（肿瘤）中血管生成EC的转录组一致性

使用scmap：大多数（∼90%）的乳房EC具有高置信度。其余∼10%的未分配部分表明包含乳房特异性EC群。毛细血管EC的组织异质性说明毛细血管在组织中几乎没有共同标志物。

Jaccard similarity index对乳房和肺部所有EC亚群的标记基因集的相似性进行评分。

在乳腺癌和肺癌中，有共同的血管生成EC相关的22个基因，LECs之间共有28个基因，动脉EC之间共有15个基因。

NSCLC和BC中参与血管生成的EC表型的基因大量重叠，而主要是静脉EC和LIPEC不同，可能是由于EC对乳房特定环境的适应。因此随后重点关注这两种EC亚型。

3.静脉EC表达免疫调节基因

上面第一部分就提及到静脉相关EC（7-10）会在免疫调节的GO中富集。

与静脉 pEC 相比，静脉 TEC 表现出与抗原呈递（HLA-DRB1、HLA-DRB5 和 HLA-DRA)、免疫细胞募集（SELP, LIFR, and ACKR1)和抗肿瘤炎症（CCL14, IFITM1)表达水平较低。

4. 乳腺基质细胞的转录组异质性

EC在免疫反应中的作用以及EC与免疫细胞的相互作用

microenvironmental (ME) cell

乳腺癌样品的单细胞中获得18082个细胞，分为27个细胞群（ME1-27）：在上皮(ME1-9)、基质(ME10-16)和免疫细胞(ME17-27)中确定了12种主要细胞类型，包括不同类型的上皮细胞(管腔和肌上皮细胞)、血管细胞(内皮细胞和血管周细胞)、成纤维细胞和免疫细胞(浆细胞、NK细胞、T细胞、浆细胞样树突状细胞(pDCs)、B细胞、髓样细胞和肥大细胞)。

T/NK细胞亚群 ：调节性T细胞（T1），常规CD4⁺ T细胞（T2），效应/记忆CD8⁺ T细胞（T3），组织驻留记忆CD8⁺ 细胞（T4），效应样CD8⁺ 细胞（T5），细胞毒性NK细胞（T6）和趋化NK细胞（T7）。

巨噬细胞具体情况见下图，这里就略过了~

CellPhoneDB：静脉EC-免疫细胞相互作用，血管生成-免疫细胞相互作用

receptor-ligand interaction (RLI)

EC的免疫抑制表型可能参与极化巨噬细胞。血管生成-EC-骨髓细胞相互作用是否有助于塑造BC的肿瘤免疫微环境。

相互作用的分析还发现了几种以前未被识别的相互作用（图4f，图中标记✳的RLI）。

5. 乳腺EC代谢转录组的异质性

tumor ECs (TECs)
peri-tumoral ECs (pECs)

为了探索乳腺tumor ECs 的代谢基因特征，从the Molecular Signatures Database中选择了910个新陈代谢相关基因集的进行了GSEA来比较TEC与pECs的代谢转录组差异（图5a）。与pECs相比，TEC中的代谢相关基因参与ECM重塑和氧化磷酸化，但参与脂质代谢的基因集表达较低（图5a）。pECs中几个DEG参与脂肪酸（CD36，FABP4，FABP5和MGLL）的摄取和细胞内转运（图5b）

GSVA分析

这里可以看出capillary ii（LIPEC，主要来自pEC，也就是绿色的点，图5c）主要参与脂质代谢，运输和分解代谢。与上文的命名一致。

FABP4（TEC和pECs之间最具鉴别性的代谢基因，在LIPEC中富集）在TEC中表达较低（图5d）。SCENIC检测到PPARG和LXRA驱动的调节子和转录因子在LIPEC中的表达活性（图5e）。

总结

1. 目前，大多数人类癌症都是基于靶向VEGF信号传导的，用相同的抗血管生成的策略无选择地治疗。然而，EC在组织内和组织间都表现出表型异质性。
2. EC可以作为非造血来源的细胞促进免疫反应，特别是静脉EC亚群。
3. 不同种类的免疫细胞通过产生促血管生成因子来刺激血管发生。EC /免疫细胞相互作用是否可以调节BC中的肿瘤免疫和血管发生，可能是通过与Treg细胞，cDC或NK细胞的相互作用？
4. 新发现了一类细胞亚群乳腺毛细血管EC（LIPEC），表达参与脂质代谢的标志物和转录因子PPAR-γ。需要进一步研究其中的机制，可能作为生物标志物。（作为生物标志物？要测单细胞作为生物标志物，会不会成本太大了点）

番外

lipid-processing 脂质处理应该是脂质分解，代谢以及运输这个综合的过程吧

乳腺癌（应该是各种肿瘤之间都有异质性，不过，有没有什么肿瘤不存在异质性的？）的肿瘤内异质性可能使患者有不同的临床结果。肿瘤血管有助于肿瘤的生长，侵袭和转移，与肿瘤微环境关系也比较大。目前很多双抗也是针对了抗血管疗法例如VEGF和ANGPT2/Ang-2，当然还有一些TKI。这篇文章说明了这些抗血管疗法不特异针对某个癌种某些细胞亚群，就是无选择的杀伤，所以可能存在耐药和效应不足，所以要挑选出特定的对治疗有不同反应的亚群。

后面联系到内皮细胞-免疫细胞-肿瘤微环境，然后还分出来了特定的脂质相关亚群LIPEC，联系到了转录因子PPAR-γ，加了回顾性分析，但还是不太理解这里面的逻辑关系....怎么就能知道想要回顾性的分析PPAR-γ在使用了二甲双胍治疗后对乳腺癌特异性结果的分析呢？就仅仅是因为二甲双胍间接激活PPAR-γ？