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SXR202305016C+影響因子10+泛癌T細胞整合研究，10+純生信?。?/div>

文獻解讀柚柚 ·2023年5月30日 10:51

同學們大家早上好，今天分享的文章是近期發表在《Molecular Therapy-nucleic Acids》（IF：10.18）雜志上，本篇文章總結15種癌癥的單細胞數據，從軌跡分析和TF的角度，全面解析T細胞的轉變狀態，邏輯清晰，讓我們一起來學習吧??！

Identification of shared characteristics in tumor-infiltrating T cells across 15 cancers

摘要

腫瘤浸潤T細胞在腫瘤免疫治療中起著至關重要的作用。在T細胞異質性的研究方面取得了很大的進展。然而，關于腫瘤浸潤T細胞在癌癥中的共同特征知之甚少。在這項研究中，對15種癌癥中的349799個T細胞進行了泛癌分析。結果表明，相同的T細胞類型在不同的癌癥中有相似的表達模式，由特定的轉錄因子(TF)調控。多種T細胞類型的轉變路徑在癌癥中是一致的。與CD8⁺ T細胞轉化為終末分化效應記憶(Temra)或衰竭(Tex)狀態相關的TF調節與患者的臨床分類有關?？偟膩碚f，本研究揭示了不同癌癥中腫瘤浸潤T細胞的共同特征，并提出了未來合理的靶向免疫療法的途徑。

1.15種癌癥中T細胞亞型

作者收集了15種癌癥的單細胞數據，質量控制后，共獲得來自101例患者的腫瘤、相鄰正常組織和外周血349799個T細胞，其中35.5%-87.5%的細胞有TCR數據(圖1A)。為了進一步了解腫瘤浸潤性T細胞的特征，分別對CD4⁺和CD8⁺ T細胞進行無監督聚類分，共鑒定出19個CD4⁺和17個CD8⁺ T細胞群(圖1B)。這些細胞簇在不同組織中分布不同(圖1C)。PBMC以Naive Clusters為主，Trm主要分布在正常組織中。CD4_CX3CR1⁺ Temra主要分布在鄰近正常組織和PBMC中，CD8_CX3CR1⁺ Temra主要分布在PBMC中。CD8_CXCL13⁺ Tex和Treg富集。此外，還在CD4⁺和CD8⁺ T細胞中發現了增殖基因高表達的細胞群。細胞周期評分顯示，這些簇處于G2M或S期，還高表達耗盡或Treg相關標記基因 (圖1D)。

2. 15種癌癥中共享T細胞狀態轉換路徑

利用擬時序分析CD4+T細胞的分化軌跡，發現CD4_CCL5⁺ Tm和CD4_CXCR6⁺ Th17是幼稚細胞分化為其他細胞的中心 (圖2A)。CD4_CCL5⁺ Tm和CD4_CXCR6⁺ Th17與下游細胞群具有顯著的標記基因共享(圖2B)。軌跡分析顯示，CD4_ISG⁺ Treg、CD4_NMB⁺ Treg和CD4_HSPA1A⁺ Treg在不同的癌癥中以過渡狀態出現，然后發展為CD4_TNFRSE9+ Treg(圖2A)。在CD8⁺ T細胞中，觀察到多個耗盡路徑，其中在CRC、ESCA、MM、OV、PACA、THCA和UCEC中已經發現了從CD8_Tn到CD8_IL7R⁺ Tm再到CD8_ZNF683⁺ Trm到Tex的路徑(圖2A)。在所有癌癥中觀察到，無論對每個癌癥進行集體或單獨的軌跡推斷，從CD8_TXNIP⁺ T到Temra或Tex，其中CD8_KLRG1⁺ T和CD8_GZMK⁺ T位于兩者之間(圖2A)。此外，發現CD8_TXNIP⁺ T與CD8_ZNF683⁺ Trm的標記基因有顯著的同源性，包括ZNF683、CXCR6、ITGAE和KLRC1(圖2C)。STARTRAC-migr分析顯示，PBMC和腫瘤之間CD8_TXNIP⁺ T細胞具有高度的TCR共享 (圖2D)。CD8_TXNIP⁺ T細胞與Trm和CD8_RPL36A⁺ T細胞高度相關(圖2E)。富集分析顯示CD8_TXNIP⁺ T細胞參與免疫細胞活化和增殖，包括T細胞活化、淋巴細胞分化和T細胞增殖調控(圖2F)。

圖2：CD8_TXNIP⁺ T細胞從PBMC向腫瘤組織遷移，發展成Temra或Tex細胞

3.癌癥中臨床狀態相關的TF調節

TF一直被認為在維持細胞特性方面起著核心作用，作者利用SCENIC分析scRNA-seq中基因調控情況，解析每種癌癥中細胞狀態改變。對于腫瘤浸潤的T細胞，不同癌型調控調控存在特異性，表明T細胞在特定的環境中經歷了特定的轉錄調控。作者篩選出了每一種細胞類型中至少存在于5種癌癥中的調節因子，并分別在CD4+和CD8+ T細胞群中獲得了67和58個調節因子。這些調控在CD4⁺和CD8⁺ T細胞之間顯著共享(圖3A)。這些規律與相應細胞類型的功能有關。TBX21在CD4⁺和CD8⁺ T細胞中均被鑒定為Temra特異性調控因子(圖3B)。同時，作者還計算了特定調控因子的調節活性評分(RAS)與每個簇中TCR克隆性之間的相關性(圖3B)。在不同的癌癥中，這些調控因子的活性與TCR的克隆性相關。例如，在5種癌癥中，TBX21與TCR克隆性呈正相關。

基于上述分析，作者分析了CD8_TXNIP⁺ T、Temra和Tex在腫瘤組織中的差異調控。最后，與CD8_TXNIP⁺ T相比，在5個或更多的癌癥中，發現了14個在Temra中上調而在Tex (Temra-activated TFs)中下調或在Temra中下調而在Tex (Tex-activated TFs)中上調的調控蛋白，作者稱之為狀態轉換TFs(圖3C)。狀態轉化TFs在腫瘤組織和其他組織中的表達差異顯著(圖3D)。作者利用TCGA腫瘤數據進一步研究了狀態轉換TFs的表達與患者生存的關系，發現它們顯著影響了不同癌癥患者的總生存期。根據狀態轉換TFs在TCGA中的表達進行了癌癥分型。劃分的亞型和生存顯著相關，發現在KIRC中C2亞型，Temra-activated TFs表達水平高，預后較好(圖3E和3F)。兩組間性別、年齡差異無統計學意義，但C2組大部分標本病理分期為低分期(圖3G)。

作者利用從TIGER數據庫下載的癌癥免疫治療數據，探討免疫檢查點阻斷治療后這些TF的變化。結果顯示，IRF4除外，治療后黑素瘤狀態轉化TFs的表達顯著上調（圖3H）。此外，在另一個黑素瘤免疫治療數據集中，除ETV1和EZH2在無應答者中高表達外，狀態轉移TFs在有應答者中高表達(圖3I)?？傊l現的T細胞狀態轉移TF調節有助于腫瘤的分類，并可作為獨立的預后因素和免疫治療靶點。

4. 癌癥中普遍激活的T細胞相互作用途徑

細胞與細胞之間的相互作用涉及多種信號通路，將從每個癌癥的不同組織推斷出的信號通路映射到一個二維的流形上，并聚集成不同的組。BCL、OV、PACA有腫瘤特異性組，PACA、OV有正常特異性組。在其他癌癥中也觀察到以不同組織為主的群體。通過計算不同組織中任意一對共享信號通路之間的歐氏距離，發現CCL、CXCL和FASLG通路的距離較大，而IFN-II通路的距離較小(圖4A)。此外，根據各信號通路的信息流，發現腫瘤中某些通路的變化是不同的，包括TNF、PARs、CLEC、ITGB2和IL-16。配體受體(LR)對這些通路的貢獻在所有癌癥中都是一致的(圖4B)，這些LR基因在腫瘤浸潤T細胞中表達上調。發現GALECTIN是除OV外所有癌癥中CD8_TXNIP⁺ T細胞的進入信號通路(圖4C)。GALECTIN的外出細胞主要來自STMN1⁺和ISG⁺ T細胞簇(圖4D)。GALECTIN通路的貢獻LR對為LGALS9-HAVCR2/CD45/CD44(圖4B)。LGALS9在ISG+和STMN+ T細胞中特異性表達，尤其是在ISG+ T細胞中(圖4E)。對GALECTIN、ISG⁺ T細胞簇特異性調控蛋白LR對的蛋白-蛋白相互作用(PPI)網絡分析，以及先前發現的CD8_TXNIP⁺ T、CD8_Temra和CD8_Tex之間的差異調控蛋白，發現它們相互作用(圖4F)。

發現LT通路的輸出信號僅在Treg中存在(圖5A)。其配體LTA是Treg特異性調控REL和NFKB2的靶基因，其配對受體的下游TFs為TNF信號通路相關基因(圖5B)。同時，發現腫瘤組織中TNF信號通路相關基因同時上調(圖5C)。TNF信號通路的活性在每種T細胞類型中是不同的(圖5D)。這些結果表明，Treg通過LTA-TNFRSF1B激活受體細胞中的TNF信號通路，進而影響其他細胞的命運(圖5E)。

5. 泛癌中T細胞的TCR圖譜

TCR是介導T細胞免疫的關鍵因子，分析TCR有助于了解T細胞免疫。作者分析了CD4⁺和CD8⁺ T細胞的基線庫。腫瘤組織中T細胞的TCR多樣性和克隆性明顯高于正常組織和PBMC(圖6A)。GLPH2 TCR聚類得到CD4⁺和CD8⁺ T細胞26922和14565組，其中22.1%和47.6%具有腫瘤類型特異性。具有相同V、J和CDR3序列的T細胞被定義為相同的克隆型，相比較于CD4⁺T，CD8 ⁺ T細胞的TCRs克隆百分率顯著升高（圖6B）。CD8⁺ T細胞中TCR的克隆率為BCL的7.6% ~ RC的20.1%，CD4⁺ T細胞中TCR的克隆率為NPC的0.5% ~ RC的7.1%。單個克隆型的克隆大小與腫瘤中克隆TCR的總數量成正比(圖6C)。

通過分析T細胞群的TCR特征，發現幼稚型T細胞的克隆擴增很少，高度擴增的TCR主要分布在Temra和Tex細胞中(圖6D)。還比較了CD8_CX3CR1⁺ Temra和CD8_CXCL13⁺ Tex在腫瘤中的擴展情況，發現CD8_CX3CR1⁺ Temra在BRCA、MM、THCA和RC中高度擴展，而CD8_CXCL13⁺ Tex在UCEC、PACA、ESCA和ESCC中高度擴展(圖6E)。由于軌跡分析顯示CD8_TXNIP⁺ T細胞向Temra或Tex轉移，作者研究了這些簇間TCR特征的變化，TCR的克隆性沿著發育軌跡逐漸增加(圖6F)。發現兩種發育路徑中CDR3區域的氨基酸類型存在差異(圖6G)。例如，在Tex路徑上，CDR3b中極性氨基酸的比例顯著增加，而在Temra路徑上，非極性氨基酸的比例顯著增加。

小結

本研究對來自15個癌癥數據集的T細胞進行了系統分析，在不同的組織中鑒定了不同功能狀態下的T細胞類型。特別是在在CD4⁺ T細胞中觀察到多個Treg亞群，CD4_TNFRSF9⁺ Treg代表激活狀態。Treg可抑制針對自身抗原的異常免疫反應，也可抑制抗腫瘤免疫反應軌跡分析揭示了這些Treg簇在癌癥中向激活狀態的轉變。CD4_TNFRSF9 Treg和CD4_ISG⁺ Treg在泛癌中發生了向激活狀態的轉變。本文整合了多種癌癥數據集，對癌癥中T細胞進行更細致的刻畫，在分析思路上值得我們學習，也在癌癥的治療上提供了性的方向。

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