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Nat Commun丨单细胞测序揭示CD39抑制介导肿瘤微环境的变化

 智汇基因 2023-09-27 发布于广东

1.CD39在BC中过度表达,主要定位于肿瘤间质区域

经过质量控制和批次效应去除,所有来自8个BC样本和3个癌旁样本的单个细胞根据已知的细胞标记物被聚类成10个主要簇,包括上皮细胞、内皮细胞、平滑肌细胞和周细胞(SMC和peri)、成纤维细胞、髓系细胞、B细胞、T和NK细胞、肥大细胞、LYVE1+细胞和浆细胞。为了研究癌组织和癌旁组织中浸润免疫细胞的丰度,我们对每个样本中的细胞数量进行了归一化处理,从每个样本的数据中随机选择了2000个单个细胞,然后将来自8个BC和3个癌旁组织的单个细胞聚类成10个主要簇。

2.CD39的增加与T细胞耗竭和有限的免疫检查点抑制反应率相关

先前的研究表明,T细胞表面CD39的上调表明T细胞功能失调的末期。通过单细胞转录组学,我们发现肿瘤浸润的T细胞,无论是CD4+还是CD8+,都显示出显著增高的CD39水平,以及增加的LAG3,这是T细胞耗竭的另一个标志物。接下来,我们将CD39、LAG3、CK5和CK8作为单独的样本进行可视化,细胞数相等。结果表明,在肿瘤中,T细胞和NK细胞表面的CD39和LAG3表达显著上调,这并不发生在所有肿瘤样本中,但在大多数肿瘤样本中观察到。在TCGA BLCA数据集中,CD39的表达水平与T细胞耗竭特征呈正相关(P < 0.0001)。通过对Imvigor210 RNA-seq数据集的重新分析,我们发现PD-L1的表达水平在7个BC的分子亚型之间存在差异。尽管MS2a.2个亚组,具有最高的PD-L1水平,显示出最高的CR或PR率,PD-L1水平无法解释MS1a和MS2b1的有限反应率。有趣的是,MS1a和MS2b1的CD39水平明显高于所有其他亚组,表明CD39的增加可能限制了aPD-L1药物的效果。

3.CD39i在体内抑制BC进展

为了验证CD39的致癌效应,我们使用POM-1处理MB49细胞-C57BL/6 J小鼠皮下肿瘤模型和小鼠膀胱原位肿瘤模型。结果显示,CD39i显著抑制了肿瘤生长,并提高了小鼠的生存率。在小鼠原位膀胱癌模型中,我们发现CD39i治疗可以显著减少肿瘤的最大横截面积和小鼠的膀胱重量,再次证明CD39i治疗可以显著抑制肿瘤生长。流式分析结果显示在图2H-L和补充图6A-C中,CD39i治疗导致肿瘤组织中免疫细胞浸润显著增加,包括CD45+细胞、CD4+和CD8+ T细胞。为了了解CD39i后肿瘤浸润免疫细胞的全景变化,我们从POM-1和PBS处理组中分离了CD45+细胞,然后进行了单细胞RNA测序。经过质量控制,使用细胞类型特异性基因标记共有18547个高质量细胞被聚类成9个主要细胞类型,包括T细胞、髓系细胞、中性粒细胞、树突状细胞(DCs)、自然杀伤细胞(NK细胞)、B细胞、肥大细胞、Ctsk+细胞和恶性细胞。然而,在CD39i组和对照组的CD45+细胞主要成分中,我们未能发现任何剧烈变化。只观察到T细胞比例略微增加。结合流式细胞术的结果,所有这些结果表明,CD39i可能能够增加所有免疫细胞类型的丰度,在一定程度上将“冷”肿瘤转化为“热”肿瘤。


4.CD39i激活了cDC1的扩增

根据经典标记物,DC的重新聚类鉴定出6个亚群,包括迁移性DC2(mDC2)、迁移性DC1-CD80+(mDC1-CD80+)、cDC1、cDC1增殖型(cDC1-p)、常规2型树突状细胞(cDC2)和浆细胞样DC(pDC)。cDC1-p指的是G2M或S期(Mki67+/Mcm2+)中的cDC1,占cDC1的相当比例。与对照组相比,CD39i处理后的肿瘤中DC亚群显示出明显的变化,mDC1-CD80+和pDC比例下降,而cDC1和cDC1-p比例显著增加。然而,尽管DC亚群的比例有所改变,但我们并未观察到CD39i处理后每个细胞亚群的功能基因有明显变化。这些结果表明,CD39i只增加了cDC1的比例并促进了cDC1的扩张,但并不直接影响DC的功能。对于单核-巨噬细胞系谱,虽然观察到更高的异质性,但这些细胞亚群在CD39i处理后没有受到影响,细胞亚群的比例和功能基因也没有变化



5.CD39i治疗激活了CD8+ T细胞并促进了T细胞的扩增

为了进一步研究CD39i介导的T细胞变化,我们将淋巴细胞分成10个簇,包括CD8-G2M、CD8-S、CD8-Slfn5、CD8-TRM、CD8-Ifitm1、NK、Th、CD4-Pdcd1、Th17和Treg。我们发现CD39i引起的循环CD8+T细胞(CD8-G2M和CD8-S)的增加是最显著的变化。我们还观察到Treg细胞数量略微减少,NK细胞比例略微增加,这在流式细胞术中得到了确认。考虑到CD39i介导的免疫细胞绝对计数的增加,以及CD39i在NK细胞丰度方面的显著富集,已经确认在BC治疗中起到了一定作用。随后,我们通过流式细胞术对NK细胞表型进行了基本分析,发现CD39i治疗显著增加了CD27+CD11b+和CD27-CD11b+ NK细胞的比例,但减少了CD27-CD11b-和CD27+CD11b- NK细胞的比例,表明成熟NK细胞的增加。然而,我们发现在对照组和CD39i处理组之间,Granzyme B + NK细胞的比例没有差异,这表明Granzyme B + NK细胞的百分比差异完全是由于NK细胞数量的增加,而不是每个细胞上Granzyme B的表达/激活增加。对于XCL1分泌的解释也是如此。通过分析scRNA-seq数据,我们发现CD39i处理并没有改变每个细胞上XCL1的表达水平。

6.NK细胞的耗竭逆转了CD39i在体内的抗肿瘤效应

为了验证CD39i抑制BC进展的潜在机制,我们再次构建了小鼠皮下肿瘤模型,并将小鼠随机分为四组。分别用同型对照抗体、CD39i、aNK1.1和CD39i + aNK1.1进行治疗。结果再次表明,与对照组相比(P < 0.0001),CD39i显著抑制了肿瘤生长,并提高了小鼠的总体生存率,但在NK细胞耗竭小鼠中,CD39i的效果明显逆转(P < 0.0001)。

7.cDC1缺乏导致CD39i治疗失败,肿瘤负担更重

为了阐明cDC1在CD39i介导的BC抗肿瘤效应中是否起关键作用,我们建立了一个Batf3 −/− cDC1缺陷模型 22 。如前所述,通过将MB49细胞皮下注射到Batf3 −/− 或Batf3 +/+ (WT)C57BL/6 J小鼠中构建肿瘤模型,然后分别用POM-1或PBS进行治疗。结果再次证明,CD39i能够有效抑制肿瘤生长,并改善携带Batf3 +/+ 的小鼠的预后。相比之下,Batf3 −/− 小鼠并未从CD39i中获益,因为CD39i未能抑制皮下肿瘤的生长或改善Batf3 −/− 小鼠的预后。通过免疫组化(IHC)确认了Batf3 +/+ 和Batf3 −/− cDC1缺陷小鼠肿瘤之间BATF3表达的差异。


8.CD39i基于联合治疗的调查

CD8 + T细胞的激活会上调CD39和几种共抑制受体(PD1、LAG3和TIM3)的表达水平,这可能会负调节CTL的细胞毒性。因此,与aPD1或aPD-L1的联合治疗可能是更好的选择。然而,随后的体内实验表明,尽管CD39i或aPD-L1抗体的单药治疗在抑制MB49细胞皮下肿瘤模型的肿瘤生长和提高生存率方面显示出类似的疗效,但CD39i和aPD-L1的联合治疗并未显示出任何协同作用。通过流式细胞术分析,我们发现CD39i治疗显著减少了前体耗竭T细胞的数量,而aPD-1被认为增强了前体耗竭T细胞的激活/扩增 34 ,这可能削弱了它们协同作用的潜力。

至此,这篇文章就介绍完啦,总结一下:文章首先深入探讨了CD36在肝转移相关巨噬细胞中的上调情况;第二部分详细描述了CD36如何通过吞噬肿瘤细胞分泌的长链脂肪酸影响肝转移;第三部分讨论了CD36在肝转移患者中的高表达与促肿瘤的M2型MAMs浸润之间的关系;第四部分则探讨了针对CD36的潜在治疗策略和未来的治疗前景。全篇内容丰富,为我们提供了许多值得深入研究和探讨的点,做癌症和免疫研究的小伙伴不要错过啦!


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