神经调节蛋白4通过抑制肿瘤易发的肝脏微环境抑制NASH-HCC的发展

生信技能树jimmy

发布于 2024-04-19 18:33:16

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文章被收录于专栏：单细胞天地单细胞天地

文章概述

文章标题：《Neuregulin 4 suppresses NASH-HCC development by restraining tumor-prone liver microenvironment》

发表日期和杂志：2022年发表在Cell Metabolism上

在线阅读链接：https://doi.org/10.1016%2Fj.cmet.2022.07.010

背景简介与单细胞实验设计

背景简介：

非酒精性脂肪性肝炎(NASH)

非酒精性脂肪性肝炎（NASH）是一种常见的肝脏疾病，其特征是肝脏脂肪堆积和炎症反应。与酒精性肝炎不同，NASH患者通常不饮酒或仅饮少量酒精。NASH通常与肥胖、2型糖尿病、高血压和高血脂等代谢综合征相关。

NASH的主要特征是肝脏脂肪堆积，这可能导致脂肪细胞破裂和炎症反应。长期的脂肪堆积和炎症反应可以导致肝脏纤维化和肝硬化的发展，最终可能导致肝功能衰竭和肝癌。

肝细胞癌(HCC)

肝细胞癌（HCC）是最常见的原发性肝癌类型，起源于肝脏的恶性肿瘤。它通常与肝硬化、乙型或丙型肝炎病毒感染、酒精滥用和脂肪肝等肝脏疾病相关。已经确定了几个促进肝癌发生的病因风险因素，包括慢性病毒性肝炎、长期饮酒和NASH。

HCC的发展通常是一个逐渐的过程，从肝细胞的异常增生到肿瘤的形成。早期HCC通常没有明显的症状，因此往往在晚期才被发现。常见的症状包括腹痛、腹胀、乏力、食欲不振、体重下降和黄疸等。

神经调节蛋白4（Neuregulin 4_NRG4）

NRG4是一种脂肪组织丰富的分泌因子，作用于肝脏以保持小鼠的代谢健康。

NRG4信号通路保护肝细胞免受应激诱导的损伤，减轻饮食诱导的NASH发病。在饮食诱导和遗传性肥胖模型中，NRG4在脂肪组织中的表达显著下调。重要的是，脂肪NRG4表达减少和血浆水平与人类肥胖、胰岛素抵抗和NAFLD有关

单细胞实验设计

肝细胞癌在内的不同组织中实体瘤的一个共同特征是诱导免疫抑制组织微环境，帮助癌细胞逃避宿主免疫监视。在此背景下，TAMS的诱导和细胞毒性CD8+T细胞的耗尽是肿瘤微环境的两个特征。因此，我们推测NASH的发病机制可能导致肝内免疫细胞群的重新编程，以促进NASH相关肝细胞癌的发展。

并且通过分析最近生成的肝脏NPC sc-RNAseq数据集，研究了健康肝脏和NASH肝脏中巨噬细胞和T细胞的转录状态。

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=GSE185042

数据情况：GEO链接中是提供了RNA-seq以及scRNA-seq的数据，我们选择单细胞数据（scRNA-seq）下载即可

GSM5603819 NPC sc-seq WT-1
GSM5603820 NPC sc-seq WT-2
GSM5603821 NPC sc-seq Nrg4 KO-1
GSM5603822 NPC sc-seq Nrg4 KO-2

提供的是csv.gz格式的压缩文件，下载之后使用fread函数读取即可。

GSM5603819_WT_1_zc201_filtered_UMI_raw_counts.csv.gz 22.4 Mb
GSM5603820_WT_2_zc521_filtered_UMI_raw_counts.csv.gz 20.8 Mb
GSM5603821_KO_1_zc202_filtered_UMI_raw_counts.csv.gz 21.0 Mb
GSM5603822_KO_2_zc522_filtered_UMI_raw_counts.csv.gz 23.2 Mb

#csv.gz格式文件读取并创建seurat对象

dir='inputs/' 
samples=list.files( dir )
samples

sceList = lapply(samples,function(pro){ 
  # pro=samples[1] 
  print(pro)  
  ct=fread(file.path( dir ,pro),data.table = F)
  ct[1:4,1:4]
  rownames(ct)=ct[,1]
  colnames(ct) = paste(gsub('_filtered_UMI_raw_counts.csv.gz','',pro),
                       colnames(ct) ,sep = '_')
  ct=ct[,-1] 
  sce =CreateSeuratObject(counts =  ct ,
                          project =  pro  ,
                          min.cells = 5,
                          min.features = 500 )
  return(sce)
}) 


do.call(rbind,lapply(sceList, dim))

sce.all=merge(x=sceList[[1]],
              y=sceList[ -1 ],
              add.cell.ids = samples  ) 

names(sce.all@assays$RNA@layers)
sce.all[["RNA"]]$counts 

# Alternate accessor function with the same result
LayerData(sce.all, assay = "RNA", layer = "counts")
sce.all <- JoinLayers(sce.all)
dim(sce.all[["RNA"]]$counts )

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

然后对读取进来的数据进行质控、harmony整合以及单细胞细分亚群定义等。

第一层次降维聚类分群

通过UMAP降维分析鉴定出11个簇，对应哺乳动物肝脏的主要细胞类型，包括内皮细胞、巨噬细胞、T细胞、B细胞、树突状细胞、胆管细胞、肝细胞和肝星状细胞

通过BioinfoArk提供的中国区chatGPT查询到各个细分亚群的解释：

内皮细胞（Endothelial cell）：血管内膜上的细胞，负责维持血管结构和功能。
库普弗细胞（Kupffer cell）：肝脏中的巨噬细胞，主要负责清除血液中的细菌和废物。
单核细胞来源的巨噬细胞（Monocyte-derived macrophage）：由单核细胞分化而来的巨噬细胞，参与免疫反应和炎症调节。
T细胞（T cell）：一类免疫细胞，主要负责细胞免疫应答，包括杀伤感染细胞和调节免疫反应。
B细胞（B cell）：一类免疫细胞，主要负责产生抗体以及参与体液免疫应答。
树突状细胞（Dendritic cell）：一类免疫细胞，主要负责捕获和呈递抗原，激活T细胞的免疫应答。
胆管细胞（Cholangiocyte）：肝脏中的胆管上皮细胞，负责胆汁的分泌和运输。
肝细胞（Hepatocyte）：肝脏中最常见的细胞类型，负责合成和分解物质，包括蛋白质、脂肪和糖类。
分裂细胞（Dividing cell）：正在进行细胞分裂的细胞。
浆细胞B细胞（Plasma B cell）：B细胞分化为的一种细胞类型，主要负责产生和分泌抗体。
肝星状细胞（Hepatic stellate cell）：肝脏中的一种细胞类型，主要负责合成和分泌胶原蛋白，参与肝脏纤维化过程。

巨噬细胞亚群细分

巨噬细胞群共有7,526个细胞，是肝脏中最大的免疫细胞群。通过亚群分析显示有五种巨噬细胞亚型表现出不同的转录特征。

MAC1代表Kupffer细胞，肝脏的驻留巨噬细胞；
MAC2和MAC4对应于经典和非经典单核细胞，可以通过其Ly6c2和CD43的表达来区分；

MAC3含有主要来源于Nash肝脏的巨噬细胞，也被被称为NASH相关巨噬细胞(NAMS)。

NAMS的一个显著特征是它们表达一组独特的分子标记，包括APOE、C1qa、TREM2和GPNMB

对巨噬细胞集群进行了虚拟流式细胞术，通过对泛巨噬细胞标记物Csf1r的单细胞mRNA表达进行门控，并结合NAM标记物。与对照组相比，高表达Apoe、Trem2和Tgfbr1的巨噬细胞在NASH小鼠的肝脏中强烈富集

Mac5代表增殖细胞细胞

NASH相关肝巨噬细胞的调控

通过RNA速度分析探索不同巨噬细胞亚型之间的关系，基于未剪接的前mRNA和成熟的mRNA的相对丰度来推断细胞状态的轨迹

从经典单核细胞到NAMS和KC亚群的显著细胞状态转变，与之前的研究结果一致，单核细胞在慢性肝损伤和炎症期间为新形成的Kupffer细胞提供了细胞来源

为了确定NASH肝脏中NAMS的细胞来源，使用表达CD45.1的供体细胞进行了骨髓移植，CD45.1是一种泛造血细胞表面标志，它被移植到含有一个独特的等位基因(CD45.2)的宿主小鼠体内。在喂养胆碱缺乏氨基酸定义的HFD饮食(CDA-HFD)6周后，再使用流式细胞术分析了NAMS上CD45亚型的表达。