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普瑞文献 | 中科普瑞单细胞平台助力胶质母细胞瘤研究

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文章题目:Crosstalk between microglia and neural stem cells influences the relapse of glioblastoma in GBM immunological microenvironment

发表期刊:Clinical Immunology(IF=10.190)

合作单位:安徽医科大学附属第一医院

研究背景: 胶质母细胞瘤(GBM)是最常见的成人原发性脑肿瘤,预后较差,生存率极低,代表着高复发率和特别具有侵袭性的发展。尽管在诊断和治疗方案方面取得了一些进展,但由于其高细胞异质性,GBM仍然具有难治性,并继续对健康构成重大风险。临床医生和患者的治疗时间非常有限,而且在临床上几乎不可能在不牺牲神经功能的情况下,在细胞水平上根除GBM。

研究目的: 研究GBM患者的神经细胞和免疫细胞的图谱及其串扰,同时探讨肿瘤微环境在胶质瘤发病机制中的潜在机制。

实验对象:人,胶质母细胞瘤病灶VS癌旁

主要检测手段:BD Rhapsody scRNA-seq

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主要结果展示

1、单细胞测序发现胶质母细胞瘤(GBM)免疫细胞异质性特征

研究者采集了四例GBM患者肿瘤组织和癌旁组织进行单细胞测序鉴定了三个细胞谱系包括:免疫细胞、GBM相关细胞以及未定义。使用标记基因将免疫细胞单独提取,重新聚类分群分析,发现了除小胶质细胞外中枢神经一类驻留类型的免疫细胞队列—髓源性淋巴细胞和淋巴源性细胞。作者还分析了免疫细胞在每个聚类中的差异表达 RNA。发现瘤周组织中上调的基因(包括CXCR4、CCL3L3和CCL4L2)表现出趋化因子相关过程,而在肿瘤组织中上调的基因(包括TGFB1、IFI6、IFI44L 和 SPP1)具有细胞因子相关过程。IBSP和XIST这两个以前没有报道过的基因与免疫系统有显著关联。

 

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2、拟时序分析揭示淋巴细胞浸润早于髓系细胞浸润

对免疫细胞进行了无监督的拟时序分析。如下图所示,肿瘤为主的小胶质细胞(簇 3)在早期即已受累,而肿瘤周围的小胶质细胞(簇 0)均涉及中期。簇2由来自肿瘤和瘤周组织的小胶质细胞组成,在晚期参与GME。髓源性淋巴细胞通常在中晚期浸润于肿瘤边缘组织(簇 9),并在晚期浸润至肿瘤核心(簇1和簇5为肿瘤主导细胞)。早中期浸润性淋巴源性淋巴细胞也参与肿瘤边界和核心的定位。

 

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3、单细胞测序发现胶质母细胞瘤(GBM)神经细胞异质性特征

作者将胶质瘤细胞提取出来再次进行聚类分群分析,得到四大类:神经干细胞(NSCs);少突胶质细胞;星形胶质细胞和未定义细胞。GBM细胞具有潜在的分化拟态能力,肿瘤细胞类似胶质细胞甚至不成熟的神经元,可形成神经细胞的分支谱系。肿瘤组织中富含两组星形胶质细胞(簇2和簇7),可能来源于 GBM细胞的分化亚群,因此形成了GBM的异质性特征。拟时序分析发现,无论位于何处,NSCs(簇1、3、4和6)均参与肿瘤发生的早中期。瘤周组织中丰富的两簇少突胶质细胞(簇0、簇8)均累及中晚期,但这些数据不足以断定上述两簇属于远离瘤心的侵袭性 GBM细胞。对于可能转化的GBM细胞,肿瘤组织中的星形胶质细胞簇(如簇2)参与晚期,而族7在整个胶质细胞瘤形成过程中起作用。

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图片

 

4、肿瘤周围组织中小胶质细胞和NSCS之间的潜在串扰

根据各组中的 deg对免疫细胞和GBM相关肿瘤细胞进行GO分析。研究者的数据揭示,推定的小胶质细胞簇(簇0和簇2)参与胶质细胞活化过程。肿瘤核内存在大量推定的小胶质细胞(簇3),与神经胶质细胞活化无关,表明瘤周或肿瘤边缘组织中的小胶质细胞参与了神经发生或神经胶质瘤发生过程。推断,肿瘤边缘癌旁组织中的小胶质细胞和NSCs 存在主动串扰,从而导致肿瘤复发。受配体LRN分析免疫细胞和神经细胞之间的潜在联系发现簇1 (M2 巨噬细胞)和族2(小胶质细胞)之间的相互作用与APOC1+CCL3+小胶质细胞与NSCs 之间的相互作用强烈。

 

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5、GBM复发可能性的总生存期(OS)预测分析

根据GO分析,分析了小胶质细胞与NSCS 之间可能存在相互作用的分子的生物学行为。通过分析 TCGA数据库,共提取并分析了102 种分子及其OS和RFS 状态。结果表明,大部分子在GBM瘤体及瘤周组织呈阳性表达,在小胶质细胞与NSCs之间发挥交互作用,可能对 GBM 预后不良及复发产生深远影响。

 

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综上,本研究结果为了解GBM免疫细胞和具有神经干细胞样特性的细胞之间的相互作用提供了一些线索。GO分析显示,小胶质细胞簇和NSC簇均表现出涉及它们之间相互作用的功能。LRN分析为这一假设提供了进一步的证据。通过结合 OS 和RFS分析,结果表明小胶质细胞与NSCS 的相互作用可能决定了GBM的结局,并且可能特别有助于 GBM的复发。由于手术切除后GBM的综合治疗仍是一个悬而未决的问题,研究肿瘤周围组织中可能迁移的高增殖细胞的机制以防止复发非常重要。


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