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【前沿进展】单细胞测序解析Notch信号通路在肺腺癌患者免疫治疗中的作用

2024年08月08日
整理:肿瘤资讯
来源:肿瘤资讯

肺腺癌(LUAD)是最常见的原发性肺癌类型。免疫治疗的出现改变了晚期肺癌患者的治疗范式,但是大多数LUAD患者对免疫治疗不响应或会出现复发。使用患者来源样本的转录组学研究表明,基质或间质基因特征的富集与对免疫治疗耐药性密切相关,这表明间质细胞,包括癌相关成纤维细胞(CAF)在介导肿瘤基质中的免疫抑制和治疗抵抗方面发挥着至关重要的作用。

在LUAD中,单细胞测序(scRNA-seq)已被用来研究肿瘤微环境(TME)的异质性,细胞间相互作用及肿瘤侵润免疫细胞的免疫表型。然而既往研究条件有限,来自美国的研究人员利用scRNA-seq和成像质谱细胞测定法(IMC)解读间质异质性和空间定位,阐明了肿瘤间质生物学、NOTCH驱动的细胞间串扰,以及NOTCH3作为潜在间质靶点的临床相关性。

scRNA-seq数据分析确定了LUAD中的间充质细胞和其他主要细胞类型

对9例未接受治疗的患者进行scRNA-seq检测,其中还包括6例患者的癌旁组织(ANT),从中鉴定出8种不同的细胞类型。

图片1.png为了表征LUAD中间充质细胞的异质性,首先对它们进行聚类分群,观察到4个不同的亚群:FAP+ PDPN+ CAFs、MCAM+ ACTA2+ pericytes、ACTA2+ SMCs、lung resident fibroblasts(LRFs) 。LRFs主要来源于ANT组织,而SMCs由肿瘤和ANT的细胞组成。值得注意的是,FAP+PDPN+ CAFs和MCAM+ pericytes几乎完全来源于肿瘤(p=0.002)。通过流式细胞术证实了FAP+ PDPN+ CAFs和MCAM+ pericytes的存在。

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肿瘤相关间充质群体的邻域分析

利用高维成像技术在7个LUAD样本中标记了18种标志物,以研究细胞类型的空间排列对肿瘤基质的形成和维持的影响。研究发现,MCAM+和ACTA2+细胞在CD31+血管周围形成一层薄层,在scRNA-seq数据中识别出了MCAM+ACTA2+周细胞或ACTA2+血管平滑肌细胞。相比之下,FAP+ collagen I+ CAFs则位于血管区和肿瘤实质之间的基质区域。进一步分析发现,在超过50%的测试图像中,FAP+ CAF亚群8与CAFs(亚群8和12)、CD4+ T细胞(亚群2)、CD8+ T细胞(亚群10)、周细胞+vSMCs413(亚群16、18和7)和ECs(亚群6和7)发生显著相互作用(p值<0.01)。同样,周细胞+vSMCs(亚群16和亚群7)与FAP+ CAFs和T细胞具有较强的细胞间相互作用。

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配体受体分析发现肿瘤间质中NOTCH3信号通路失调

研究者通过鉴定血管和淋巴内皮细胞发现淋巴内皮细胞在UMAP中形成了一个独特的亚群,而血管内皮细胞则被重新分成了7个亚群,其中亚群N1、N2和N3在ANT样本中显著富集,而亚群T1、T2和T3在肿瘤中富集。为了了解基于间充质细胞和内皮细胞之间配体受体对差异表达的细胞间通讯,研究者使用CellChat进行了统计分析。与ANT相比,研究者对肿瘤中信息流的统计测量值最高的11个信号通路进行优先排序,前3高的信号通路分别为ESAM、MHC-II和NOTCH信号通路。11条通路中,有一些如ESAM和SEMA6等主要由内皮细胞或间充质细胞内的相互作用驱动。为了了解预测的细胞类型之间的相互作用如何调节间充质细胞的表型,通过筛选得到满足要求的前两个通路分别是MHC-II和NOTCH。鉴于NOTCH信号在纤维化中的作用,研究者进一步确定了NOTCH信号在LUAD肿瘤间质中的患病率。研究发现,多种内皮亚型促进了配体的表达,而NOTCH3是主要的受体,由周细胞和较低水平的癌相关纤维化细胞(CAFs)表达。验证分析表明,NOTCH3在供体中显著富集,且在LUAD肿瘤样本中显著上调。

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阻断NOTCH信号可减少胶原生成和细胞侵袭

为了探究NOTCH信号在调节肿瘤相关间充质细胞功能中的作用,分析发现,Notch信号抑制剂MRK003显著降低了间充质细胞和内皮细胞共培养中的NOTCH靶基因的表达,包括COL1A1和CTGF。MRK003还导致了COL1A1蛋白水平显著降低。NOTCH3 mRNA水平下调后,伴随着COL1A1表达显著减少。同时研究发现,MRK003对细胞侵袭具有抑制作用。

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NOTCH3在调节肿瘤间质和预测患者生存方面的临床相关性

研究发现,NOTCH配体JAG1、JAG2和DLL3与较差生存结果相关,但NOTCH3表达与之无关。鉴于NOTCH3 是一种间充质细胞特异性基因,推测其对生存的预测价值可能仅限于基质丰富的患者。然而,在基质丰富的患者中,NOTCH3及其配体JAG1是较差的预后标志物,高NOTCH3表达可能会阻碍T细胞介导的抗肿瘤效应,这对于免疫治疗反应至关重要。为了进一步探讨NOTCH3表达的临床相关性及其与免疫耐药的潜在相关性,研究者检测了实体瘤中NOTCH3表达与抗PD-1单抗单药治疗耐药相关的两个共识基因签名之间的相关性,结果显示,NOTCH3表达与两种基因签名之间存在正相关。

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总体而言,该研究为了解NOTCH3在调节肿瘤间质生物学中的作用提供了有价值的见解,值得开展进一步研究以阐明靶向NOTCH3信号通路的临床意义。


参考文献

Handan Xiang, Yidan Pan,et al.Single-cell analysis identifies NOTCH3-mediated interactions between stromal cells that promote microenvironment remodeling and invasion in lung adenocarcinoma.Cancer Res. 2024 May 2;84(9):1410-1425.
 doi: 10.1158/0008-5472.CAN-23-1183.


审批编号:CN-139913
过期日期:2024-8-31

责任编辑:肿瘤资讯-Yuno
排版编辑:肿瘤资讯-Wendy


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评论
2024年08月13日
梁启廉
广东医科大学附属医院 | 肿瘤科
内容丰富实用,值得学习推广。
2024年08月10日
王岩静
上海市第一康复医院 | 肿瘤内科
肿瘤治疗越来越精准
2024年08月09日
张振兴
洛阳市中心医院 | 肿瘤内科
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