【单细胞文献解读】晚期浆液性卵巢癌的单细胞研究

导语

GUIDE ╲

卵巢癌的肿瘤内异质性是治疗耐药的主要原因，但我们对其仍知之甚少。高级别浆液性卵巢癌(HGSOC)是卵巢癌中最常见且侵袭性最强的组织亚型。在这里，作者通过单细胞RNA-seq(scRNA-seq)技术分析了HGSOC患者的肿瘤细胞、免疫细胞和基质细胞表达谱，为了解HGSOC疾病进展和治疗方法提供理论基础。

背景介绍

晚期高级别浆液性卵巢癌(HGSOC)的患者中经常会产生恶性腹水，并与耐药性和不良预后相关。该研究解析了HSGOC的单细胞景观，并为开发新的治疗方法提供参考。

今天小编给大家分享的是由美国麻省理工学院Aviv Regev研究组在Nature Medicine上发表的题为：A single-cell landscape of high-grade serous ovarian cancer的论文。

数据介绍

Cohort 1: 8个样本(来自6个患者)，采用10x Genomics平台

Cohort 2: 14个样本（来自6个患者）采用Smart-Seq2平台；

Cohort 3: 另外3个腹水样本，2个原发肿瘤，采用Smart-Seq2平台；

结果解析

01

高级别浆液性卵巢癌腹水系统的scRNA-seq分析

对Cohort 1的样本进行scRNA-seq分析，鉴定出18个不同的细胞亚群，包括上皮细胞(由EPCAM、细胞角蛋白、激肽释放酶标记的5个cluster)、巨噬细胞(由CD14、AIF1、CSF1R、CD163标记的4个cluster)、癌症相关成纤维细胞(CAFs)(由PDPN、DCN和THY1标记的4个cluster)、树突状细胞(由CD1C、CD1E、CC163标记的2个cluster)、B细胞（CD19、CD79A/B）、T细胞（CD2、CD3D/E/G）以及红细胞（GATA1、血红蛋白编码的基因）。

其中免疫细胞的比例最高(图1C)，而癌细胞间在存在明显的异质性（图1B-D），这种异质性与既往治疗史无关。

在癌症成纤维细胞（CAFs）中，发现了不同的细胞状态，有部分CAFs亚群表达了免疫相关基因，另一部分CAFs无免疫基因表达，表明部分CAFs亚群具有免疫调节作用(图1E)。

02

HGSOC患者间肿瘤细胞异质性

为了关注HGSOC患者的肿瘤细胞，作者首先利用流式细胞术（FACS）对Cohort 2进行细胞筛选，再采用Smart-seq2技术检测，共获得8个cluster，包括上皮细胞，CAFs(cluster7)和巨噬细胞(cluster8)(图2A-B)。与巨噬细胞和CAFs不同，恶性细胞按患者的来源聚类在一起(图2A，B)，突出了个体间的差异。

所有恶性细胞亚群都存在高度分化的特征，只有cluster4高表达了增殖特征(图2D)，在CAFs和巨噬细胞亚群中，“间充质”和“免疫反应”的特征表达明显，而在癌细胞亚群中几乎不表达这两个特征(图2E)。

03

HGSOC患者内肿瘤细胞异质性

作者使用非负矩阵分解(NMF)方法在肿瘤细胞中识别了35个共表达模块(图3A-C)。这些模块包含了不同的功能，包括细胞周期(例如CCNA2, CCNB2, AURKB)，炎症反应(例如IL6，IL32，TNF，IFI6)，以及应激或激活(例如HSPA5-7，ATF4，JUN，DDIT3)。还发现了干细胞相关的模块(ALDH1A3, CD133/PROM1)，间充质相关Markers（FN1, ACTA2, MYL9），以及耐药相关模块(AXL及其配体GAS6)，其中耐药相关模块只在Patient 7中发现。

比较不同患者之间的相关功能的模块分布(图3D)，发现细胞周期模块在患者间有很强的重叠，说明在所有样本中都存在增殖的细胞亚群。此外，在HGSOC患者中均发现了3个免疫相关的生物学过程(图3D、E)，包括：炎症细胞因子模块(例如IL6，TNF，IL8，IL32)，MHCII类抗原呈递模块(例如CD74，HLA-DRA)和干扰素反应模块(例如IFI6，IFT1，ISG15)。

通过免疫荧光染色的方法，再次证明了HGSOC癌细胞亚群中表达MHC II类基因(图3F)。

04

抑制JAK/STAT是HGSOC的潜在治疗选择

通过上述分析，作者锁定了HGSOC中的JAK-STAT通路，理由有三个：

1）癌细胞高表达了很多免疫相关的基因，这些基因会导致JAK-STAT通路下调；

2）在腹水的微环境中，CAFs中高表达分泌相关的基因（如IL6, CXCL12），这些基因会激活JAK-STAT通路；

3）不论在肿瘤细胞或非肿瘤细胞，JAK-STAT通路中的相关基因表达都很高(图3G、H)。

为了确定JAK/STAT抑制的影响，作者在HGSOC细胞株OVCAR4中使用了15种针对该通路的化合物和铂类化疗药物，并确定JSI-124是一种有效的细胞活性抑制剂(图4A)。JSI-124在三种不同患者来源的细胞培养模型和额外的HGSOC细胞系中显示出抗肿瘤活性，而其他常用的治疗HGSOC的药物却没有活性(图4B、C)。

在PDX模型DF20中，JSI-124在治疗早期(腹腔注射后7天)分别抑制恶性腹水的发生和肿瘤的生长(图4G，I)。此外，JSI-124显著降低了疾病负荷(图4H，j)。

这些结果表明，抑制JAK/STAT可能是HGSOC患者的一种有效的治疗选择。

小编总结

本文对晚期HGSOC患者恶性腹水的scRNA-seq研究显示，恶性和非恶性细胞的细胞状态和程序存在显著差异。在非恶性细胞中，观察到CAFs之间的多样性。在癌细胞和CAFs中JAK/STAT通路的共同激活表明，该通路的旁分泌(自分泌)信号可能在恶性腹水和耐药性的发生机制中起作用。

未来的研究应该在两个主要方面进行。首先，分析更多的患者样本使本研究中的结果具有普适性。其次，对分层良好的临床队列进行单细胞分析--应该加强患者间的比较，以提高我们对HGSOC的理解。