单细胞转录组学鉴定Mcl-1作为癌症衰老治疗的靶点

hello呀 各位bro and sis，看到这个开场白，是不是觉得有点恍惚，没错的，今天是我来share文献了，我还是我，又练肌肉又学科研的废柴儿科医生。

今天我们share一个文献主题是：作为癌症衰老治疗的靶点的讨论。

1文章标题：

Single-cell transcriptomics identifies Mcl-1 as atarget for senolytic therapy in cancer

通过单细胞转录组学鉴定Mcl—1作为癌症衰老治疗的靶点。

2基本信息：

• 发表期刊：NC
• DOI：10.1038/s41467-022-29824-1
• 发表时间：2022年4月
• 样本类型：前列腺肿瘤细胞。

3背景知识：

这篇文章探讨了癌症治疗中一个相对较新的概念：衰老疗法（senolytic therapy）。在癌症治疗过程中，不仅癌细胞会被杀死，正常细胞也可能因为治疗压力进入一种称为细胞衰老的状态。衰老细胞虽然失去了分裂能力，但它们仍然活跃在代谢上，并能分泌多种影响肿瘤微环境的炎症因子，即衰老相关分泌表型（SASP）。这些衰老细胞最初可能有助于限制肿瘤的进展，但如果不被及时清除，它们会促进肿瘤的生长、迁移甚至转移。因此，研究者们提出了衰老疗法，旨在选择性地清除这些衰老细胞，以提高癌症治疗的效果。

文章中，研究者们使用了单细胞RNA测序技术（scRNA-seq）来深入分析衰老细胞的特性。他们发现，在衰老的肿瘤细胞中，一个名为Mcl-1的抗凋亡基因被显著上调，并且这种上调甚至发生在那些Bcl-2（已知的衰老疗法靶点）表达水平较低的细胞中。这表明Mcl-1可能是一个衰老细胞共有的弱点，可以作为清除这些细胞的新靶点。

研究者们进一步通过实验验证了这一点：使用Mcl-1抑制剂S63845能够高效地清除衰老的肿瘤细胞，并在动物模型中显著减少肿瘤的转移。这些发现不仅为理解衰老细胞如何在肿瘤微环境中存活提供了新的见解，也为开发新的癌症治疗策略提供了有价值的信息。这项研究强调了衰老疗法在提高癌症治疗效果中的潜力，并为未来的临床试验和癌症治疗提供了新的方向。

4用普通话总结一下就是：

抗癌治疗可以使细胞通过细胞衰老来逃避细胞凋亡。这些细胞代谢活跃，并能分泌多种细胞因子，促进肿瘤增殖和转移。因此，清除这些衰老的肿瘤细胞（衰老细胞治疗）是一种有前景的治疗策略。

5研究设计解析：

知道了背景知识，那么作者为啥会这么做的呢？是不是也很迷惑？

• 1.作者的研究思路来源于对癌症治疗中细胞衰老现象的深入分析，以及衰老细胞在肿瘤微环境中所起作用的认识。
• 2.他们注意到，尽管衰老细胞最初可能有助于限制肿瘤进展，但它们最终可能通过分泌炎症因子促进肿瘤生长和转移。
• 3.此外，作者意识到现有的治疗方法存在局限性，特别是它们无法有效清除衰老细胞。
• 4.因此，他们采用了单细胞RNA测序技术探索衰老细胞的分子特征，并寻找清除这些细胞的新方法。通过单细胞技术揭示了Mcl-1这一抗凋亡基因在衰老肿瘤细胞中的高表达，从而为开发衰老疗法提供了一个潜在的靶点。
• 5.基于这些发现，作者进一步探索了Mcl-1抑制剂在清除衰老细胞和抑制肿瘤中的效果，旨在开发出能够提高癌症治疗效果的新策略。

6研究思路解析：

首先，作者收集了来自两种不同小鼠前列腺癌模型的肿瘤样本，然后利用流式细胞排序（FACS）分离出上皮肿瘤细胞，并通过10 × Genomics单细胞RNA测序进行分析，以获得近4000个细胞的转录组学图谱；其次，他们开发了一个基于表达模式的算法，称为衰老指数工具（Senescence Index Tool, SIT），用于识别和量化单个细胞中的衰老特征；接着，通过生物信息学分析，他们鉴定了衰老肿瘤细胞依赖于抗凋亡基因Mcl-1来维持其生存；最后，作者通过体内外实验验证了Mcl-1抑制剂S63845在消除衰老肿瘤细胞和减少肿瘤转移中的有效性。通过上面的步骤，探索衰老细胞在癌症治疗中的潜在作用，并寻找新的治疗靶点。

怎么样，看到这里觉得怎么样？牛吧，还开发了小工具，这也算是医工融合了。

7具体的分析图表：

step1: 从肿瘤单细胞里面通过衰老打分来分组

首先是需要对单细胞转录组数据集进行第一层次降维聚类分群，然后从里面提取出来上皮细胞后再使用inferCNV等算法拿到里面的恶性的上皮肿瘤细胞，接下来对这部分恶性的上皮肿瘤细胞继续进行衰老打分（衰老指数工具（Senescence Index Tool, SIT））然后高低分组就可以拿到了二分组的肿瘤细胞啦。

（PS : 是否发现这个思路可以在任意肿瘤单细胞转录组数据集里面复现一次，迁移性研究，针对任意文章换一个基因换一个通路换一个疾病或者换一个算法，比如这个衰老打分就有十几个算法，单纯的搞生物学的只能是纯牛马了，卷到数学，就可以搞算法了）

Figure1：前列腺癌中衰老细胞的鉴定概述。

• a：检测到的前列腺肿瘤的特征在于存在增殖和衰老区室，如SA-β-半乳糖苷酶（SA-β-Gal）染色阳性和不同衰老标志物的表达。
• b：单细胞分离和测序的示意图（n =4只小鼠）。
• c：UMAP图显示了不同细胞中衰老标记的表达水平。
• d：显示了根据衰老标志（Senescence_signature）聚类的肿瘤上皮细胞。
• e：由衰老评分进一步验证和定量衰老细胞的分布。f：癌上皮细胞的UMAP图，显示通过SIT发现的衰老细胞（蓝色）和非衰老细胞（橙色）。
• g：条形图显示与未衰老细胞相比衰老细胞的富集途径分析。展示了在衰老细胞中活跃和被抑制的关键生物途径的条形图，如氧化磷酸化、线粒体电子传递链等被抑制，而伤口愈合和迁移等途径则被激活。
• h：衰老和非衰老细胞之间差异表达基因的热图。i-m: 关键基因和通路的表达i: Jun基因表达的小提琴图。j: Egr1基因表达的小提琴图。k: Atf3基因表达的小提琴图。l: p65基因表达的小提琴图。m: SASP评分的盒形图，比较衰老与非衰老细胞。n：展示两组细胞（非衰老和衰老细胞）中 "Reactome Senescence-Associated Secretory Phenotype"（衰老相关分泌表型）基因集的 ss-gsva（单样本基因集富集分析）评分o:主要SASP基因表达，展示了在衰老和非衰老细胞中几种关键SASP相关基因的表达差异。

step2：针对衰老的肿瘤细胞进行细分亚群

细分亚群就是纯粹的跑代码而已，不同的分辨率就有不同的结果，文献里面的如下所示：

Figure2:进一步深入分析了文中研究的衰老肿瘤细胞的异质性，使用不同的方法揭示了这些细胞中的多样性和特异性生物标记物。

• a: 衰老细胞群的UMAP。展示了不同衰老细胞群（Sene_0 至 Sene_7）的分布。
• b: 热图显示衰老细胞群的基因表达，展示了不同衰老细胞群中基因表达的差异。黄色和紫色分别表示高表达和低表达。
• c: 衰老得分热图，对各细胞群进行了不同衰老得分（Senescence_scoreK, Senescence_scoreR, Senescence_scoreWP）的可视化，进一步揭示了哪些细胞群展现了更明显的衰老特征。
• d: 描述了不同衰老细胞群之间共有和独特的基因表达。每个圈代表一个细胞群，交叉部分的数字表示多个群共有的基因，而独立部分的数字表示该群特有的基因。
• e: 基因集富集分析，展示了不同衰老细胞群在重要生物过程和信号通路中的基因集富集程度。
• f: 信号通路活性热图，对不同衰老细胞群中的多种重要信号通路如TRAIL, WNT, PI3K等的活性进行了评分和比较。
• g: 特定基因的表达分布图，使用UMAP图展示了几个关键基因如Tnf, Gas6, Cxcl2等在不同细胞中的表达情况。通过比较显示了这些基因在衰老细胞群中的异质性表达。

step3：肿瘤相关死亡通路打分

很容易搜索到各种细胞死亡相关基因列表，如下所示：

• 细胞凋亡
• 细胞焦亡
• 铁死亡
• 自噬
• 坏死性凋亡
• 铜死亡
• PARP-1依赖性细胞死亡
• 细胞内噬
• 溶酶体依赖性细胞死亡
• 碱性凋亡
• 氧化应激凋亡
• NETosis
• 免疫原性细胞死亡
• 失巢凋亡
• Paraptosis凋亡
• Methuosis
• Entosis细胞内吞
• 分享PCD基因集

感兴趣的可以自己去综述：https://doi.org/10.1016/j.cell.2023.11.044

综述可以在阅读原文处，无缝衔接～主打一个贴心。

Figure3:衰老肿瘤细胞中的细胞死亡和存活机制，特别是围绕Bcl-2和Mcl-1基因的表达和功能。

• a: 死亡途径的比较，这部分展示了衰老细胞（橙色）与非衰老细胞（蓝色）在多种死亡途径（如铁死亡、坏死、泛死亡、焦亡、凋亡和抗凋亡途径）上的ss-GSVA（单样本基因集富集分析）得分。不同的小提琴图揭示了两组细胞在这些途径上的激活差异。
• b: 凋亡与抗凋亡途径的表达，小提琴图详细比较了衰老细胞和非衰老细胞在凋亡与抗凋亡途径中基因的活性。
• c: 衰老与非衰老细胞的基因表达热图，热图显示了衰老细胞与非衰老细胞在多种凋亡相关基因（如Bcl2, Pmaip1等）的表达差异。
• d: Mcl-1与衰老得分的相关性，散点图显示了衰老得分与Mcl-1以及其他凋亡相关基因（如Bcl2, Pmaip1等）表达的相关性。
• e: Bcl-2表达和分类。UMAP图展示了Bcl-2阳性和阴性细胞的分布，通过颜色区分。
• f: Bcl-2表达细胞的基因表达热图，分别为Bcl-2阳性和阴性细胞展示了抗凋亡相关基因的表达热图。
• g: Bcl-2阳性和阴性细胞中的基因表达，box图详细显示了Bcl-2阳性和阴性细胞中多种基因（如Cxcl2, Il6等）的表达水平。
• h: Bcl-2与Mcl-1共表达的UMAP分布，UMAP图展示了基于Bcl-2与Mcl-1表达的细胞分类。
• i: Bcl-2与Mcl-1表达的细胞分类，UMAP图进一步展示了根据Bcl-2和Mcl-1表达的不同组合将细胞分类。
• j: 基因本体（GO）富集分析，展示了不同Bcl-2与Mcl-1表达组合的细胞群体中显著富集的生物过程。每个点代表一个特定的生物过程，大小和颜色表示p值的显著性和效应大小。

是不是看得脑瓜子嗡嗡的，当然作为一名临床医学出身的朋友，肯定要关注的是不一样的东西。肯定关注的是临床意义了。这篇文章探讨了衰老肿瘤细胞中Mcl-1和Bcl-2作为治疗靶点的潜力，以及在癌症治疗中利用senolytic agents（衰老细胞清除剂）的效果。其临床意义主要体现在以下几个方面：

• 提供了新的癌症治疗靶点

文章提出了，衰老肿瘤细胞在逃避传统抗癌治疗（如化疗）中表现出依赖于Mcl-1的存活机制，即使在Bcl-2表达较低的情况下也是如此。这揭示了Mcl-1作为一个潜在的新靶点，可能比当前广泛使用的Bcl-2抑制剂（如Navitoclax）更为有效。在临床上，这可能导致开发新的针对Mcl-1的治疗方法，为那些对现有Bcl-2抑制治疗不敏感的癌症提供新的治疗选项。

• 优化现有治疗方案

通过结合使用Docetaxel（一种常用的化疗药物）和针对Mcl-1的抑制剂（如S63845），研究显示能显著提高治疗效果，减少肿瘤负荷并阻止肿瘤转移。这表明，通过目标化地选择和组合药物，可以针对特定的肿瘤生物学特征，优化治疗方案，提高疗效同时可能降低副作用。

• 对肿瘤微环境的调控

研究还指出，衰老细胞通过分泌多种促炎和促进肿瘤生长的因子（SASP），在肿瘤微环境中起到关键作用。使用senolytic agents能够清除这些促炎的衰老细胞，从而可能抑制肿瘤的进一步发展和转移。这为调控肿瘤微环境，特别是在炎症和免疫抑制上下文中提供了新的策略。

• 开发新的生物标记物

文章通过详细的基因表达和信号通路分析，揭示了与衰老细胞存活相关的多种基因和通路，这些可以作为未来研究和临床中新的生物标记物，用于预测治疗响应或疾病进展。

• 深入理解衰老与癌症的关系

这项研究加深了对衰老过程在癌症发展中作用的理解，衰老细胞的行为和它们在癌症中的角色为开发针对老年相关癌症的特定治疗提供了科学基础。

在临床医生看来，这项研究不仅有助于理解衰老肿瘤细胞的生物学特性，还为癌症治疗提供了新的策略和靶点，有望改善治疗效果，减少复发和转移，提高患者的生存率。这些发现有望转化为新的临床应用，从而在未来改善癌症患者的治疗结果。

好了，今天的文献解析就到这吧，这也是我第一次作为这么正经的解读文献。虽然跟我自己的研究领域可能不太相关。不过大体上的思路其实还是可以理解的，figure4和figure5，后面是湿实验验证的部分，我也在不断的学习，这里就不耍大刀了。关于验证实验的那块也是我的弱项，还需要多看点文献补充一下自己的知识提示，也是为自己以后写（bian）文（ gu）章（ shi）的考虑。

如果喜欢这种风格，欢迎各位朋友们点点在看，点点赞。