scRNA-seq 揭示UCOGCP的发生与异质性

前言

题目：Single-cell RNA-seq reveals the genesis and heterogeneity of tumor microenvironment in pancreatic undifferentiated carcinoma with osteoclast-like giant-cells 日期：2022-06-22 期刊：Molecular Cancer DOI：https://doi.org/10.1186/s12943-022-01596-8

摘要

胰腺破骨细胞样巨细胞未分化癌(UCOGCP)是胰腺导管腺癌(PDAC)的一种罕见亚型，它的肿瘤微环境尚不清晰。本文研究了一名 UCOGCP 患者和三名 PDAC 患者的样本，对肿瘤微环境进行了分析，发现OGCS 起源于干细胞样间充质上皮细胞 (SMEC)，可能成为 UCOGCP 预后的新分子标记。此外，发现CD74通路在肿瘤相关巨噬细胞tumor associated microphages (TAM) 富集的UCOGCP TME形成中起着重要作用，为UCOGCP的治疗提供了潜在的治疗靶点。

单细胞测序和分群

4个样本经过质控拿到了18,376个细胞，初步分群得到10个大群：

• 骨髓细胞（LYZ、C1QA 和 CD163）
• 内皮细胞（PECAM1 和 VWF）
• NK/T 细胞（CD3D 和 NKG7）
• 导管细胞 I、II 和 MKI67 (KRT19)
• B 细胞（CD79A 和 IGKC）
• 腺泡细胞 (PRSS1)
• 肥大细胞（TPSAB1 和 TPSB2）
• 成纤维细胞（COL3A1 和 COL1A2）

之后在0.6的分辨率下得到了19个亚群，其中pca_0714主要包含了Ductal type I、T细胞和髓样细胞，而其余样本包含所有亚群。

由于 OGC 可能起源于间充质上皮细胞，作者分析了 UCOGC 样本 (pca_ai1)、cluster 13 和 15 的两个导管 I 型细胞群中上皮细胞标记物 EPCAM 和 KRT19 以及 OGC 标记物 CD68 的表达水平，结果表明cluster 15 表达 KRT19 但不表达 EPCAM。此外，KRT81、PAEP 和 LINC01615 在cluster 15 中表达。KRT81 的 IHC 染色显示 OGC 为 KRT81 阳性，表明 OGC 最有可能起源于间充质上皮细胞而不是骨髓细胞。

UCOGCP 中 I 型导管细胞的异质性

为了进一步观察UCOGCP中导管细胞的异质性，作者对Date Type I细胞群单独进行分析，FindClusters在分辨率为 0.1时，得到总共四个亚群，其中UCOGCP样本与与其他三个样本相比，具有独特的上皮细胞亚群。

之后结合GEPIA 网站上的 TCGA-PAAD 和 GTEx-pancreas 数据集发现，LOX、SERPINE1、TGFBI和CD44的高表达与差预后有关，后面还通过体外敲除实验进行了验证。

对OGC细胞群中的亚群3进行继续细分，分辨率为 0.1 时，获得了五个亚群。cluster 4 和 1 表达癌症干细胞样细胞 (CSCLC) 基因标记 CD24、CD44 和 EPCAM，0 和 2 表达 CD44 和 NOTCH2。对cluster 0进行GO富集分析，发现它在抗原呈递、造血干细胞分化和G2/M的负调控方面富集。

然后分析不同亚群中共表达的基因模块，其中模块1、2、5、6和10中的基因与cluster 0密切相关，同样通路也富集MHC I抗原呈递，G2/M的负调控，表明该细胞群可能是由CSCLC细胞分化失调引起的多核细胞。

UCOGCP中导管细胞的轨迹分析

想要进一步了解UCOGCP中所有上皮细胞群的发育过程，作者对上皮细胞亚群进行轨迹分析，发现cluster 13和15位于不同的分支上，然后对这两分支的表达模式差异进行分析，发现了与细胞命运相关的六个代表性基因：APOE、MUC13、NEAT1、SERPINE1、SRGN和TIM1。利用SCENIC分析方法对UCOGCP上皮细胞的表达谱进行分析，发现E2F1、MYC、EGR4等转录因子在缺少EPCAM的UCOGCP上皮细胞群中高度表达。

UCOGCP中肿瘤相关髓系细胞、成纤维细胞和内皮细胞的异质性

作者又研究了UCOGCP中肿瘤相关微环境的特征，发现UCOGCP中存在大量肿瘤相关的髓系细胞、内皮细胞和成纤维细胞。成纤维细胞可以继续分成4个成纤维细胞亚群，而且都表达成纤维细胞标志物ACAT2。

• cluster 0 有助于淋巴细胞调节
• cluster 1 是 cCAF（经典 CAF），涉及细胞外基质相关成分
• cluster 2 是肿瘤相关 PSC（胰腺星状细胞），表达 RGS5 和 ADIRF 等标记基因
• cluster 3 与白细胞粘附和 MHCII 抗原呈递相关，具有特殊基因标记，例如 STMN1、TYMS 和 PCLAF。

UCOGCP中的细胞通信

CellphoneDB分析亚群间的细胞通信得到OGCs与PSCs、巨噬细胞i /III、部分上皮细胞和内皮细胞之间存在很强的受体-配体相互作用，如SPP1-CD44、CD74-MIF、CD74-COPD和CD74APP受体-配体对。生存分析表明，这些基因对基于 TCGA-PAAD 数据集的预后有负面影响。