单细胞RNA测序揭示了转移性肺腺癌的分子和细胞重编程

生信技能树jimmy

发布于 2023-12-13 14:40:01

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文章被收录于专栏：单细胞天地

文章概述

文章标题：《Single-cell RNA sequencing demonstrates the molecular and cellular reprogramming of metastatic lung adenocarcinoma》

发表日期和杂志：2020年发表在Nature Communications上

在线阅读链接：https://doi.org/10.1038/s41467-020-16164-1

实验设计与疾病简介

对来自44例患者58个肺腺癌的208,506个细胞进行了单细胞RNA测序(scRNA-seq)，其中包括原发肿瘤、淋巴结和脑转移、胸腔积液以及正常肺组织和淋巴结。

非小细胞肺癌(NSCLC)在组织学上分为腺癌、鳞癌和大细胞癌。肺腺癌(LUAD)是最常见的类型，约占所有肺癌的40%。LUAD通常在转移期被发现，流行于大脑、骨骼和呼吸系统。

单细胞转录组数据情况

数据链接是：https://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/query/acc.cgi?acc=GSE131907

提供了标准化且取过log2之后的文件，不过我们直接下载UMI_matrix.txt.gz即可，下载好之后使用fread()函数读取即可。

###### step1:导入数据 ######  
a=fread('inputs/GSE131907_Lung_Cancer_raw_UMI_matrix.txt.gz',
        data.table = F)
a[1:4,1:4]
rownames(a)=a[,1]
a=a[,-1]

kp1 = grepl('LN',colnames(a))
table(kp1)
kp2 = grepl('T',colnames(a))
table(kp2 )

a[1:4,1:4]
dim(a)

sampl = paste0(phe[,2],phe[,3])
 
sceList = lapply(unique(sampl) ,function(pro){ 
  # pro=unique(sampl)[1] 
  print(pro)  
  sce =CreateSeuratObject(counts = a[,sampl %in% pro],
                          project =  gsub( '_matrix','',pro)  ,
                          min.cells = 5,
                          min.features = 500 )
  
  return(sce)
})
names(sceList) 

sce.all=merge(x=sceList[[1]],
              y=sceList[ -1 ] )
as.data.frame(sce.all@assays$RNA@counts[1:10, 1:2])
head(sce.all@meta.data, 10)
table(sce.all@meta.data$orig.ident) 

library(stringr)
phe=str_split( colnames(sce.all),'_',simplify = T)
head(phe)
table(phe[,2])
table(phe[,3]) 
gplots::balloonplot(table(phe[,2],phe[,3]))

sce.all@meta.data$patient=paste0('p',phe[,3])
sce.all@meta.data$group=phe[,2]
head(sce.all@meta.data)
table(sce.all@meta.data[,4:5])

在批量读取数据之前，一般要先读取一个数据用来进行测试，确认无误后，再使用循环批量读取全部的数据用于后续的分析。

后面就是标准分析啦,对读取进来的数据进行质控、harmony整合以及细分亚群定义等。

第一层次降维聚类分群

将208,506细胞分类为九个不同的细胞谱系，以规范的标记基因表达，从而确定上皮细胞(肺泡细胞和癌细胞)、间质细胞(成纤维细胞和内皮细胞)和免疫细胞(T、NK、B、髓系和肥大细胞)是常见的细胞类型，只有在脑转移瘤中才有少突胶质细胞(MBrain)。

发现与正常肺组织(非肺)相比，早期和晚期肺癌(分别为t肺和TL/B)中T和B淋巴细胞的增加以及自然杀伤细胞(NK)和髓系细胞的减少，表明适应性免疫反应的激活。

与正常淋巴结(NLN)不同，转移性淋巴结(MLN)含有大量的髓样细胞，这表明髓样细胞浸润与转移有关。MBrain样本中含有可检测到的免疫细胞(T、B和NK细胞)以及常驻的少突胶质细胞和髓样细胞(小胶质细胞)。

其它加分项

对正常上皮细胞和手术切除的肿瘤细胞的比较分析，探索腺癌细胞的内在特征。使用明确的肿瘤和正常的上皮细胞，构建了一个转录轨迹来调整患者间的基因组异质性，并找到控制肿瘤进展的关键基因表达程序。

轨迹中的转录状态显示了肿瘤的正常分化路径以及与进展相关的变化。发现纤毛上皮细胞和肺泡细胞位于不同的轨迹分支，标志着它们不同的分化状态。其次，杆状细胞位于纤毛分支和肺泡分支之间，表明其处于中间分化状态。最后，肿瘤细胞形成了一个分支结构，沿着正常的上皮细胞有两种转录状态(Ts1和Ts3)；但观察到一种(Ts2)明显位于Ts1和Ts3分支的两端。