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口腔鱗狀細胞癌起始過程中癌前病變的單細胞和空間解析
背景
人類惡性腫瘤中約有90%都是實體瘤，其是一個復雜的多階段過程，據報道癌癥發生之前就會出現有助于癌癥發生的癌前病變[1]。早在2002年發表在CA-A CANCER JOURNAL FOR CLINICIANS（IF:286.130）雜志上的一篇文章就已經報道口腔癌是全球公共衛生的主要威脅，其發病率和死亡率在近幾十年里都沒有顯著改善，且口腔癌中90%是鱗狀細胞癌（OSCC），該研究也指出癌前病變的研究對口腔癌的早期發現至關重要[2]。口腔白斑(Oral leukoplakia, OLK)是口腔癌中最常見的癌前病變之一，約有20%的患者最終發生癌變。因此，在癌前病變區域研究OSCC的起始是可能的，不過目前關于OSCC癌前階段整體細胞景觀和空間組織的研究很少。
單細胞RNA測序(scRNA-seq)有助于分析細胞亞群，并探索與疾病發生或治療相關的特定特征和因素，此外空間轉錄組學(ST)的最新進展也使得同時獲取空間組織信息和轉錄組數據，從而對特定組織或疾病發展過程中的基因表達進行全面的時空分析成為可能。今年3月剛剛發表在Cell Discovery(IF:30.079)雜志上的文章Single-cell and spatial dissection of precancerous lesions underlying the initiation process of oral squamous cell carcinoma就結合了scRNA-seq和ST兩種技術，對OSCC發生相關的細胞群體和轉錄特征進行了全面的研究。研究識別出了上皮細胞中與OSCC發生相關的基因異常表達，并識別出不同的成纖維細胞、單核細胞和調節性T細胞亞群。此外研究也發現這些細胞亞群都會參與微環境的重塑。研究也在癌前病變周圍觀察到一種獨特的免疫抑制性單核細胞亞群，以及VEGF信號通路的空間轉換調控會促進癌癥發生。
方案旨在分析口腔癌不同組織的單細胞轉錄及空間轉錄組數據，揭示口腔鱗狀細胞癌起始相關的基因表達、功能富集、微環境組成及通訊特征，進而為研究OSCC的發生和潛在的干預策略提供參考。
概述
1. 基于scRNA-seq和ST數據刻畫早期OSCC不同區域的細胞組成
2. 識別上皮細胞中參與OSCC起始過程的標志物
3. 刻畫OSCC起始相關的成纖維細胞
4. 分析微環境中細胞的相互作用與OSCC起始的關聯
5. 分析參與OSCC發病過程的細胞亞群
6. OSCC起始相關信號通路的空間轉錄分析
7. 分析驗證免疫亞群在OSCC發病中的臨床相關性
數據來源
技術路線
1. 基于scRNA-seq和ST數據刻畫早期OSCC不同區域的細胞組成
使用scRNA-seq及ST數據對細胞進行聚類及評分，并根據標記基因進行細胞類型注釋。從而揭示早期OSCC (T)、口腔白斑(DN)及正常區域(N)的細胞組成。
2. 識別上皮細胞中參與OSCC起始過程的標志物
使用單細胞數據對上皮細胞進行了重聚類，并基于拷貝數變異推斷惡性細胞和非惡性細胞。同時刻畫不同階段細胞亞群的基因表達及通路富集。識別出OSCC起始過程中逐漸上調的基因，并通過ST數據及實驗證實。
3. 刻畫OSCC起始相關的成纖維細胞
使用scRNA-seq數據對成纖維細胞進行重聚類，結合ST數據觀察各個細胞亞群的基因表達與富集的功能，從而分析其與OSCC起始的關聯。
4. 分析微環境中細胞的相互作用與OSCC起始的關聯
首先使用ST數據分析免疫細胞的分布，接著使用scRNA-seq數據刻畫各個亞群的表達特征，細胞比例及功能。接著分析了各類細胞之間的相互作用。
5. 分析參與OSCC發病過程的細胞亞群
使用scRNA-seq及ST數據分析從DN到T階段細胞亞群的比例、表達、功能富集及通路。
6. OSCC起始相關信號通路的空間轉錄分析
使用空間轉錄數據對經典癌癥通路進行分析，包括相關細胞互作、基因表達分析。
7. 分析驗證免疫亞群在OSCC發病中的臨床相關性
分析不同類型樣本微環境中的細胞組成，浸潤水平，及信號通路強度，并通過小鼠模型研究抗TGFβ和抗PD-1抗體對OSCC起始的干預作用。
參考文獻
1. The translational challenges of precision oncology.
2. Oral cancer and precancerous lesions.
