基于单细胞与空间转录组数据评估细胞间互作分析算法

 

01

靶向PD-L1的CSR提升CAR-T细胞疗效的分子机制

 

CAR-T疗法在血液恶性肿瘤中疗效显著，但在实体瘤中治疗效果却并不明显，其主要原因包括实体瘤细胞表达的PD-L1等抑制性分子结合CAR-T细胞表面的PD-1进而抑制CAR-T细胞的功能，以及CA-T细胞的持久性太低，为了将PD-L1对CAR-T细胞的抑制性信号转换为激活信号，多个研究组在CAR-T细胞中共表达靶向PD-L1的嵌合转换型受体（CSR），并提升了CAR-T细胞的抗肿瘤活性，但目前对于共表达在CAR-T细胞的CSR会不会影响CAR-T细胞本身的PD-L1对CAR-T细胞抗肿瘤活性仍不清楚。

在本研究中设计了不含有CD3ζ链的靶向PD-L1的CSR分子CARP，获得的CARP-T细胞不具有肿瘤杀伤活性，并在体外和小鼠模型中证明了CARP-T细胞能够提升CAR-T细胞的抗肿瘤活性，促进中枢记忆样CAR-T细胞的分化，同时降低CAR-T细胞IL5、IL10和IL13等Th2型细胞因子的分泌，这个过程可能是由于CARP分子能够反式结合激活CAR-T细胞表面的PD-L1，导致CARP-T细胞与CAR-T细胞间发生连接，进一步scRNA-seq发现CARP-T细胞与CAR-T细胞间的连接促进了两种细胞间CD70与CD27分子的交流，这个信号通路进一步促进了记忆样CAR-T细胞的分化和降低了Th2类细胞因子的分泌，最终提升了CAR-T细胞的抗肿瘤活性，另外研究团队还发现靶向CD19的CRS-T细胞也能够共表达CD19分子的提高CAR-T细胞的抗肿瘤活性。这意味着此类细胞间的交流不局限于PD-L1，后续也有可能会发现更多的CSR来提高CAR-T的治疗效果。

02

测评来了--整合单细胞与空间转录组数据评估细胞间互作分析算法

 

每个细胞就像一个人，都有自己的社交网络，这也构成了多细胞生物生命活动的基础，细胞间相互作用（CCI）可以通过配体、受体、代谢物等信号分子来进行，从而实现胞内调控网络与胞外信号的动态调控过程，单细胞转录组技术和空间转录组技术的发展使得通过计算手段预测细胞互作成为可能，然而大量的预测方法准确性如何并没有评估标准。

本文由来自同济大学的王晨飞课题组构建了一个综合的流程以评估CCI预测方法结果的准确性。首先基于配体-受体互作数据库和空间转录组数据定义了已知配体-受体相互作用的空间距离倾向性，然后基于这种距离倾向性构建了一个综合的流程来评估CCI预测方法，本文共评估了15种常用的CCI预测方法，并利用配对的scRNA和ST数据将计算的CCI空间距离倾向性和期望的倾向性进行量化，来评估预测结果是否符合实际的空间分布，通过比较CellChat，ICELLNET，SingleCellSignalR，NicheNet，CellPhoneDB平均排名位于前列，展现出了与期望空间距离倾向较好的一致性。文章还评估了不同方法结果的相似性，发现相似的算法更倾向于获得更多共有的结果，所以共有结果不能用于衡量CCI预测的准确性，在项目执行过程中应综合考虑。

03

scRNA-seq&scATAC图谱揭示效应、记忆和耗竭CD8 T细胞的共享和差异化生物学特征

 

Naïve CD8 T细胞在急性感染或者疫苗接种过程中可以增殖分化为效应（Teff）和记忆（Tmem）CD8 T细胞，但在慢性感染、癌症或自身免疫疾病发展过程中会分化为功能失调的耗竭（Tex）CD8 T细胞，其不同的分化途径导致转录和表观特征的变化，但人们对于Teff、Tmem和Tex细胞的分化发育途径和异质性程度，以及潜在的转录和表观遗传调控机制仍知之甚少。

本研究基于LCMV病毒的急性和慢性感染模型，利用scRNA-seq和scATAC-seq技术纵向探究了不同分化时间点的Teff、Tmem和Tex细胞。首先鉴定了在Teff、Tmem和Tex细胞亚群中关键基因Tox，Pdcd1和Tcf7的不同染色质可及性特征，然后对急性感染过程中的Teff和Tmem细胞的分化发育轨迹进行研究，发现转录水平和ATAC水平鉴定到的细胞类型并不完全相同，同时也基于鉴定的结果确定了急性感染中Teff、Tmem的分化是在d8天出现的，并且转录因子Zeb2-Zeb2是在急性感染模型中CD8 T细胞CTL和non-CTL细胞类群分支分化中起到重要作用，进一步更长时间的记忆细胞scRNA-seq结果表明，长寿记忆CD8 T细胞的效应功能在急性感染的早期就已被表观遗传特征所决定。在慢性感染模型早期发现了与急性感染不同的eff-like细胞类型，他们高表达耗竭相关基因，而在感染晚期，他们发现了一群以前未鉴定到的Tex细胞，命名为Exh-KLR细胞，高表达NK细胞相关基因，这群细胞与其他Tex细胞相比，具有更强的细胞毒性潜能，并且通过差异分析发现Exh-KLR细胞和急性感染中的CTL和Mem-CTL细胞有着不同的分化路径，但是它们之间共享了表达NK细胞受体相关基因的转录程序，转录因子富集分析也发现Exh-KLR细胞和CTL细胞群中都有着较强的Zeb2基因活性，而有着很低的Zeb1基因活性，但这群细胞和CTL不同的是保留了很强的Tox基因活性。

总之这些表明了具有不同染色质景观的CD8 T细胞在不同分化发育途径中可以使用共享的生物学特征，但同时也保留了其各自的分化途径特有的分子特征。

04

筛状前列腺癌的单细胞分析揭示了侵袭性疾病的细胞内在通路和肿瘤微环境通路

 

前列腺癌是男性最常见的癌症之一，也是因转移性疾病进展而导致癌症相关死亡的主要原因。前列腺根治术中筛状形态检测的男性患者更有可能出现生化复发、转移性复发和前列腺癌特异性死亡。筛状前列腺癌，见于浸润性筛状癌(ICC)和导管内癌(IDC)，是一种侵袭性组织学亚型。ICC/IDC对相当一部分前列腺癌患者有所影响，这些患者也有较高的罹患致命前列腺癌的风险。

为了阐明ICC/IDC侵袭性的分子和细胞基础，此研究通过单细胞RNA测序、TCR测序和组织学检查7例成对的ICC/IDC和良性前列腺手术样本。ICC/IDC癌细胞表达与转移和靶点相关的基因，具有治疗干预的潜力。通路分析和配体/受体状态模拟了ICC/IDC与包括JAG1/NOTCH在内的肿瘤微环境(TME)之间的相互作用。ICC/IDC TME的特征是血管生成和免疫抑制成纤维细胞(CTHRC1+ASPN+FAP+ENG+)增多，同时T细胞减少，T细胞功能障碍升高，C1QB+TREM2+APOE+- M2巨噬细胞增多。这些发现支持癌细胞内在通路和复杂的免疫抑制TME有助于ICC/IDC的侵袭表型。这些数据强调了在ICC/IDC患者中恢复免疫信号通路的潜在治疗机会，这种治疗可能会有更好地效果。

05

单细胞及空间多组学分析揭示CAF在组织和物种中的保守性以及应对不同干预的动态平衡过程

 

癌症相关成纤维细胞（CAF）是实体肿瘤微环境的组成部分，可促进肿瘤增殖，侵袭和转移和比较差的预后，而CAF耗竭也可加速肿瘤，这种自相矛盾的现象使得我们要对其复杂性进行更深入的了解，进展单细胞研究已经解析了不同CAF的表型。

本文则对同一细胞进行scRNA-seq+scATAC-seq结合空间转录和蛋白组进一步对CAF的亚型进行解析。首先对乳腺癌小鼠模型进行了单细胞分析定义了三个新的CAF亚型：类稳态（SSL）、机械反应（MR）和免疫调节（IM）CAF，并且这三种亚型在不同组织的肿瘤中是保守的，接着使用ArchR's包进行了细胞多组学联合，并绘制了不同CAF亚型的ATAC图谱，然后基于空间转录组和CODEX技术进一步分析了内源性小鼠乳腺肿瘤组织，并鉴定出MR、SSL和IM CAF亚型位于肿瘤的空间上不同的区域，然后利用成纤维细胞对机械转导的特异性破坏导致SSL CAF增加和更具攻击性，在有治疗反应的患者中，暴露于免疫检查点抑制会导致SSL CAF的减少和IM CAF的成比例增加。

这些数据表明三种亚型之间的动态平衡具有重要意义，识别肿瘤跨区域共享CAF子类型扩大了有效CAF靶向治疗。　　

      审核编辑：彭静