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Cell:空间单细胞蛋白组学揭秘肝细胞癌中的细胞互作机制

Cell:空间单细胞蛋白组学揭秘肝细胞癌中的细胞互作机制

  • 分类:华盈视角
  • 作者:柳荫
  • 来源:华盈生物公众号

【概要描述】空间蛋白组学的时代已经到来!

Cell:空间单细胞蛋白组学揭秘肝细胞癌中的细胞互作机制

【概要描述】空间蛋白组学的时代已经到来!

  • 分类:华盈视角
  • 作者:柳荫
  • 来源:华盈生物公众号
  • 发布时间:2023-11-29 15:11
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肝细胞癌的死亡率一直居高不下,目前针对晚期肝细胞癌的免疫疗法并非对所有患者奏效。因此探究肝细胞癌免疫微环境的组成,研究肝细胞癌的发病机制是改善肝细胞癌治疗策略的重要一环。近日,来自美国贝塞斯达国立卫生研究院的研究团队在《Cell》(IF=64.5)发表的一项题为“Tumor-associated macrophages trigger MAIT cell dysfunction at the HCC invasive margin”的研究,该研究使用PhenoCycler-Fusion建立了在肝细胞癌患者肝脏和肿瘤多个部位的单细胞分辨率图谱,从空间位置上发现了肝细胞癌中的关键细胞机制。

|   01、scRNA-seq显示出肝癌样本中MAIT细胞的异质性

研究人员首先通过单细胞测序对肝细胞癌患者的肿瘤核心区、肿瘤边缘、癌旁组织进行了检测,通过聚类分析获得了18个免疫细胞簇。作者发现了与肿瘤浸润T细胞相比,粘膜相关恒定T细胞(MAIT)细胞簇在癌旁组织部位出现频率更高。MAIT的空间特异性使作者进一步的思考MAIT与肝细胞癌的关系,通过TCGA队列分析发现,MAIT特征基因的高表达患者生存期延长(图1A)。同时单细胞测序的结果也显示出了肝脏肿瘤微环境中MAIT细胞的异质性(图1B)。

图1 MAIT与患者生存期相关且具有高异质性

|   02、肿瘤核心区域MAIT细胞减少且功能受损

为了探究肝细胞癌中MAIT的作用机制,作者针对肿瘤核心和癌旁组织的MAIT细胞进行了流式检测,作者发现相较于临近肝脏部位,患者肿瘤核心部位MAIT细胞数量有着明显的减少(图2A)。同时PD-1、CD25表达的增加和NK细胞标志物CD56的表达减少预示着肝细胞癌患者肿瘤部位的MAIT细胞出现活化/功能障碍的迹象(图2B)。

图2 肿瘤中心区域MAIT细胞减少且功能受损

|   03、空间单细胞蛋白组建立人肝癌单细胞空间图谱

因为MAIT细胞所表现出的高异质性以及空间分布的不规则,如何对多个部位的细胞进行全面、精准的分析似乎成为了一个难题。研究人员使用PhenoCycler-Fusion原位空间单细胞蛋白组技术对患者肝脏组织切片进行了单细胞分辨率的原位成像,建立了肝癌的单细胞空间图谱(图3A)。通过单细胞分辨率的成像结果我们可以清晰地看到从肿瘤核心到癌旁的肝窦结构(图B①)、门脉三组(图B②)、三级淋巴结构和瘤内新生血管区(图B④),以上全面的结构信息可以帮助我们分析MAIT细胞在多个部位的变化情况(图3B)。通过对空间表型的分析,研究人员发现肿瘤边缘部位的MAIT细胞呈现出了显著变化的特征,同时与流式细胞术的结果展现出了高度的一致(图3C-D)。这个结果提示我们肝细胞癌患者中MAIT细胞的功能变化可能主要发生在肿瘤边缘部位。

图3 PhenoCycler-Fusion揭示肝细胞癌患者多部位空间特征

|   04、肿瘤癌旁区PD-1+巨噬细胞与MAIT细胞相互作用

作者进一步的针对肿瘤边缘区域的MAIT细胞进行研究,通过细胞邻域分析和S3-CIMA卷积神经网络分析发现高表达PD-1的TAM细胞在肿瘤边缘区域与MAIT细胞的“互动”最强烈(图4A)。PhenoCycler-Fusion的图像结果也显示出了在肿瘤边缘区域高表达PD-1的TAM与MAIT细胞的空间定位(图4B)。研究人员发现在肿瘤邻近区域的巨噬细胞已经极化成为M2表型,这也可能是导致MAIT功能受损的主要原因。

图4 PD-1+ TAM与MAIT具有强相互作用

|   05、TAM通过接触和PD-L1依赖机制损害MAIT细胞功能

为了验证肿瘤邻近区域PD-1+ TAM与MAIT细胞的相互作用,研究人员将两种细胞分选出来在体外进行共培养,结果显示与TAM共培养后会导致MAIT细胞IFN-γ的分泌显著降低(图5A-C)。后续作者通过动物实验,发现在抗PD-L1处理小鼠后,MAIT细胞在小鼠肿瘤部位的浸润又得到了部分的恢复(图5D-E),这些研究表明肝脏中的TAM与MAIT细胞的相互作用是通过接触和PD-L1依赖实现的。而抑制PD-L1可以部分恢复MAIT细胞的功能从而减缓肝细胞癌的侵袭。

图5 TAM通过接触和PD-L1依赖机制损害MAIT细胞功能

|   总结与讨论

随着单细胞技术的发展和应用,人们对组织细胞异质性的了解越来越深入,尤其是肿瘤微环境中不同免疫细胞亚型的发现推动了人们对于癌症患者预后和治疗耐受的认识。但是伴随着研究的深入,人们发现仅仅依靠细胞的频率和比例无法真实的反应细胞的状态,缺乏空间位置的细胞信息是不完整的。文中应用了Akoya Biosciences®公司的PhenoCycler-Fusion(PCF)空间单细胞蛋白组学分析平台,可以在单细胞分辨率下检测组织空间上每个细胞的蛋白表达和定位,从而准确评估细胞表型和功能。

PhenoCycler-Fusion单细胞原位空间蛋白组学优势

 华盈生物PhenoCycler-Fusion单细胞原位空间蛋白组学技术资格证书

 华盈生物是美国Akoya Bioscience公司的PhenoCycler-Fusion空间单细胞蛋白组学技术认证服务商,已经被纳入了该技术的全球CRO服务提供者体系。借助全球领先的PhenoCycler-Fusion空间单细胞蛋白组学技术平台的建立,华盈生物将为中国客户提供更具精准医学特色的服务与合作,推动中国团队在空间生物学领域的研究水平,加快构建符合中国人群的精准医学模式。

即刻加入“STAMP邮戳”计划

华盈生物推出肿瘤微环境空间蛋白组解剖分析项目”STAMP邮戳”计划(Spatial Tumor Anatomy of Microenvironment Proteome),常备15-plex、25-plex、35-plex三款固定标志物组合,与国内肿瘤研究领域的科学家共同推进肿瘤空间生物学研究。

华盈生物PCF空间单细胞蛋白组学解决方案

|   相关文献

Ruf B, Bruhns M, Babaei S et al. Tumor-associated macrophages trigger MAIT cell dysfunction at the HCC invasive margin. Cell. 2023 17;186(17):3686-3705.e32.

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