单细胞转录组揭示乳腺癌淋巴结转移的细胞异质性

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题目：Single-cell RNA sequencing reveals cell heterogeneity and transcriptome profile of breast cancer lymph node metastasis 日期：2021-10-05 期刊：Oncogenesis 链接：https://www.nature.com/articles/s41389-021-00355-6

摘要

乳腺癌是女性最常见的恶性肿瘤，也是因转移而导致癌症相关死亡的常见原因。腋窝淋巴结也是癌细胞迁移最常见的部位，但乳腺癌淋巴结转移的分子机制仍不清楚。文章研究了来自 15 对原发性肿瘤和腋窝淋巴结样本的 96,796 个单细胞的转录组。鉴定了九个癌细胞亚群，包括 CD44 + / ALDH2 + /ALDH6A1 + 乳腺癌干细胞 (BCSCs)。BCSCs 仅存在于原发性肿瘤中，并演变成浸润到淋巴结的转移细胞群。另外发现NECTIN2-TIGIT 介导的转移性乳腺癌细胞和肿瘤微环境 (TME) 细胞之间的相互作用，促进了免疫逃逸和淋巴结转移。该文章是第一个使用单细胞转录组描绘乳腺癌淋巴结转移的转录组谱的研究。

原发性乳腺癌和淋巴结的单细胞转录组分析

样本来自南京医科大学第一附属医院，接受治疗的五名患者的治疗性手术和腋窝淋巴结清理后立即获得组织。这些组织样本代表来自患者同侧腋窝的成对原发性肿瘤和淋巴结。对 15 个样本进行了单细胞 RNA 测序，总共得到来自原发性癌组织的 27,028 个单细胞和来自腋窝淋巴结的 69,768 个单细胞。又注释为18 种细胞类型，其中CD44 + / ALDH2 + /ALDH6A1 + 簇被定义为乳腺癌干细胞 (BCSC)。

乳腺癌细胞的拷贝数变异

TNBC ( A ) 和非 TNBC ( B ) 乳腺癌样本的 InferCNV 谱。乳腺癌干细胞与正常组织具有高度相似性，与其他乳腺癌细胞簇相比几乎没有突变。图C：源自患者 2 的癌细胞的 InferCNV 谱；图D 源自患者 2的癌细胞的 UMAP 图。

使用inferCNV 发现与其他癌细胞亚群相比，BCSCs 的突变较少；对患者2进行研究发现，CNV_cluster 5 与 BCSC 一致。随后又发现BCSC 的不同 CNV 特征，其中 BCSC 与其他恶性细胞分开。

肿瘤干细胞被认为是一组来源于突变正常组织的恶性细胞，具有强烈的自我更新和分化活性。这种多能集群的后代也给肿瘤组织带来了异质性。后面进行了轨迹推断来看乳腺癌的发展过程。BCSCs 在轨迹过程的早期阶段被识别出来，并演变成两个癌细胞分支，最后是 CNV_cluster1 和 CNV_cluster4。CNV_cluster1 和 CNV_cluster4 检测到与淋巴结转移相关的突变最多，转移性癌细胞处于晚期，而原发灶在早期阶段容纳更多细胞。

转移性乳腺癌细胞的转录组特征

对于转移性 TNBC 细胞，B2M、CD52、PTMA 和 GZMK 是最重要的 DEG 之一，功能富集显示了免疫治疗的潜在敏感性，因为免疫相关项目在转移性 TNBC 细胞中高度富集。由 B2M 编码的 β2-微球蛋白是 MHC I 类的重要组成部分。以前对胰腺导管腺癌、结直肠癌和黑色素瘤的研究表明，B2M 的缺失是预后不良的指标，包括淋巴结转移、复发。

对于转移性非 TNBC 细胞，CXCL14、STC2、CST3 和 RAMP3 过表达。据报道，STC2 表达与更长的生存期相关，这是由于对内分泌治疗的抵抗力较低及其对 EMT 的抑制。

维恩图显示了肿瘤间的相似性，在两个 TNBC 和三个非 TNBC 样本的转移中发现了 30 个基因上调，而在两个分子中发现了 103 个基因下调亚型。跨肿瘤部位和分子亚型的分化转录组谱揭示了乳腺癌的肿瘤间和肿瘤内异质性，而一些发现与其他实体瘤的研究相呼应，这些研究表明源自淋巴结转移的乳腺癌细胞的侵袭性行为。

之后根据乳腺癌亚型、患者、样本来源和细胞群进行聚类，得到了9个cluster。其中 C6 以 BCSC 的biomarker为特征，包括 CD44 和 ALDH。C7 主要在 TNBC 淋巴结转移中检测到，而 C3 占非 TNBC 淋巴结转移中的大部分癌细胞。在C7的表达谱中，CCL5、PTPRC、CD2、CXCR4 和 SRGN 位居前列。CCL5 被认为是 TNBC 细胞增殖和侵袭以及将巨噬细胞转化为促肿瘤亚型的一个促成因素。

对 TNBC 和非 TNBC 的转录组分析显示，与原发性肿瘤相比，TNBC 淋巴结转移的 SRGN 表达增加。富集分析证明其在合成、代谢、细胞周期、免疫反应和信号转导中的生物活性。

癌症干细胞和免疫细胞之间的细胞间通讯

TME 是一个复杂的生态系统，由不同的细胞群组成，包括肿瘤组织周围的免疫细胞和基质细胞。

基于用于多细胞相互作用的网络分析工具包 (NATMI) 分析，确定了不同样本来源的细胞类型之间的细胞间通信。

BCSCs作为一个多能细胞群存在于TNBC和非TNBC的原发灶中，NATMI分析揭示了其通过细胞间通讯促进转移的功能。由 LGALS1 编码，galectin-1 通过与免疫细胞上的膜受体 PTPRC 结合，对乳腺癌的肿瘤免疫逃逸至关重要。BCSC 分泌的 NECTIN2 和 NECTIN4 与免疫细胞上的 CD96 和 TIGIT 相互作用，导致原发性乳腺肿瘤的 T 细胞抑制和免疫逃逸。

在原发性肿瘤中 BCSCs 与免疫细胞的相互作用中检测到上述配体-受体对，发现与乳腺癌细胞的免疫逃逸和转移有关。结合inferCNV分析，发现BCSCs不仅可以进化为转移性癌细胞，还可以抑制免疫反应并诱导转移。