基于基因调控网络的单细胞转录组解析三阴性乳腺癌的瘤内异质性

前言

题目：Single-cell RNA-seq dissects the intratumoral heterogeneity of triple-negative breast cancer based on gene regulatory networks 日期：2021-03-05 期刊：Molecular Therapy-Nucleic Acids DOI：https://doi.org/10.1016/j.omtn.2020.12.018

摘要

乳腺癌总是伴随着高度的肿瘤内异质性，是女性最常被诊断出的癌症之一。传统上，根据ER（雌激素受体）、PR（孕激素受体）和 HER2 的免疫组化特征，乳腺癌患者可分为管腔A（LumA）、管腔B（LumB）、人表皮生长因子受体2+（HER2+）和基底样亚型。四种亚型的病理特征和预后结果存在较大差异。大多数基底样乳腺癌表现出三阴性表型。三阴性乳腺癌（TNBC）总是比其他亚型具有更高的转移概率和更差的预后。

最近的研究表明，TNBC 患者可能包含具有不同分子亚型的细胞。使用 scRNA-seq 对 TNBC 患者内在亚型的 GRN 进行了全面分析，从 scRNA-seq 数据中推断出拷贝数变异 (CNV) 并确定了 545 个恶性细胞，并且基于PAM50模型分配恶性细胞的亚型。细胞间通讯分析表明，巨噬细胞在肿瘤微环境中起主导作用。

TNBC患者的内在分子亚型

总共获得了 868 个上皮细胞，结合表达量和基因组信息推断了CNV，并且将上皮细胞聚集成 3 个不同的亚群。

看到c1 和c 3 的 CNV 变量明显较高，推测这两个群可能是恶性细胞，分别由 134 和 411 个细胞组成。c2 中的细胞具有较低的 CNV 变量，可能是非恶性细胞，由 323 个细胞组成。

为了识别每个恶性上皮细胞的分子亚型，采用 PAM50 模型将恶性上皮细胞分为五种分子亚型，称为正常样、基底样、Her2+、LumA 和 LumB。发现 6 名患者的亚型组成表现出极大的多样性。PT039 和 PT081 由相对较高比例的基底样亚型细胞组成。通过检查6例患者的临床资料，我们发现PT039和PT081的肿瘤尺寸相对较大，这表明基底样亚型的高占比可能与乳腺癌患者的进展有关。

为了研究 TNBC 肿瘤微环境中的细胞-细胞相互作用网络，使用 python CellPhoneDB 包分析不同细胞类型中的配体-受体相互作用。发现巨噬细胞在细胞间通讯网络中起主导作用。然后对五种分子亚型进行了GSVA分析 ，以确定 50 个hallmark 基因集中的富集情况。发现五种分子亚型表现出极大的多样性，揭示了不同分子亚型的肿瘤内异质性。例如，基底样亚群在 G2/M 检查点显著富集。之前有研究表明，调节 G2/M 检查点可以提高癌症治疗的疗效

分子亚型特异性 GRN

结合基因表达量信息和TF-binding motifs信息，对正常上皮细胞和5个分子亚型构建基因调控网络（GRN）。首先计算了显著共表达的 TF 基因对；其次，保留了显著富集 TF 结合motif的靶基因以供进一步研究；最后，富集分数（ES）>1 被认为是 GRN 构建的重要 TF-靶基因。

发现ETV 6 在五种分子亚型特异性 GRN 而非正常上皮细胞 GRN 中被激活，推测ETV 6 可能在五种分子亚型中发挥重要作用。

然后继续关注 ETV 6 的功能多样性

发现ETV6 调节不同亚型的不同基因。每个亚型中都有几个亚型特异性基因，这可能与乳腺癌的瘤内异质性有关。

受ETV6 调控的基因在不同亚型中发挥着不同的作用，显示出高度的瘤内异质性。

还研究了ETV6 在不同亚型中的表达水平。发现ETV6 在五个分子亚型中比正常上皮组显著上调。

检查了TCGA基底样患者和正常乳房样本中ETV6 的表达。发现与正常对照相比，ETV6 在基底样患者中显著上调。因此怀疑ETV6 的激活可能与 TNBC 患者的生存有关。基于 METABRIC 数据集，还发现ETV6 表达较高的患者与相对较差的临床结果相关。

因此，ETV6 在五个分子亚型中的激活可能通过调节不同的基因导致肿瘤内异质性。因此，失调的ETV6 可能是肿瘤治疗的潜在目标。