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客户文章 | IF =17.388 !单细胞核RNA测序和空间转录组联合解析乳腺癌细胞异质性

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发表单位:武汉大学人民医院

发表日期:2022年3月3日

期       刊:Journal of Hematology & Oncology(IF: 17.388)


前言


2022年3月3日,武汉大学人民医院在血液和肿瘤领域权威期刊Journal of Hematology & Oncology(IF: 17.388)发表题为“Single-cell and spatially resolved analysis uncovers cell heterogeneity of breast cancer”的论文。爱基百客为该研究提供了单细胞核转录组测序和空间转录组学检测的技术支持


研究背景


乳腺癌常常被称为“粉红杀手”,其发病率居于女性恶性肿瘤的首位。乳腺癌(BC)的特征之一是复杂的细胞生态系统,基于乳腺癌分子分型的诊断和治疗取得了重大进展,但其内部的异质性尚不清楚。在该研究中,作者的目标是结合两种互补的高分辨率组学(单细胞核RNA测序和空间转录组)工具来解读乳腺癌的异质性和复杂结构


研究思路


        该研究选取两份原发性未治疗乳腺癌组织(BC-A和BC-B),BC-A 样本来自一名50岁双侧乳房肿块的女性,BC-B 样本来自一位右侧乳房肿块的女性。将这2个病患的乳腺癌组织做单细胞核(snRNA-seq)测序分析,利用空间转录组(spatial transcriptomics)平行分析BC-A样本的肿瘤组织。


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研究结果

1. 肿瘤的snRNA-seq分析


对2个原发未治疗肿瘤样本(BC-A和BC-B)进行snRNA-seq分析,在BC-A肿瘤中发现了9个不同的细胞群。目标细胞群(上皮细胞)进一步细分为6个亚群。对恶性细胞亚群进行注释,它们是基底亚型(EGFR+KIT+基底细胞和EGFR+TP63+正常样细胞)和管腔亚型(周期luminal-B细胞、ERBB4+luminal-A细胞、ERBB4+AREG+ luminal-A细胞和基因组不稳定的luminal-A细胞)。为了表征不同上皮细胞亚群的功能特征,作者进行了差异表达基因和功能富集分析。


随后确认转录因子是否对这些亚群的表型有影响,结果证实有些转录因子在某些亚群中活跃和富集。拟时序分析揭示管腔和基底/肌上皮谱系的轨迹。比如,肌上皮细胞来源于基底祖细胞,管腔祖细胞逐渐分化为成熟的管腔细胞。作者还研究了肿瘤亚群配体和受体的互作,ERBB4+AREG+ LumA细胞分泌越来越多的EGF和EGF类细胞激素类AREG,其能够与EGF受体(比如EGFRERBB4)结合。

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2. 肿瘤的空间转录组分析


基于主成分分析将空间转录组数据集分为6个主要区域:管腔区(luminal region)、基底区(basal region)、管腔区与基底区交界区(interfacing area)、基质和浸润淋巴细胞区(stroma and infiltrating lymphocyte area)。作者发现除了周期LumB细胞分布在整个组织外这些管腔亚型主要分配在管腔区和交界区。在空间转录组数据集中鉴定发现原发性非肿瘤细胞的空间分区,暗示着中性粒细胞富集于管腔区,而B细胞主要浸润于基底区。


对乳腺癌组织的bulk RNA-seq和空间转录组进行细胞类型反卷积。为了评估snRNA-seq所描述的细胞类型对临床结果的影响,作者评估了基因特征与患者整体存活率的关联。基于界定的基因特征,所有细胞亚群被划分为3个明确的子群。生存分析结果表明第二个子群(基因组不稳定的 LumA 亚型)的病患表现出最差的生存率。通过检查“接受化疗的患者”公共数据库,ERBB4+ LumA细胞或EGFR+TP63+ 正常样细胞的比例与新辅助化疗(NAC)反应不良有关,而在对新辅助化疗有反应的患者中周期LumB亚群(cycling LumB cluster)的比例显著增加。

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总结


在该研究中,作者发现乳腺癌恶性细胞分为不同的亚群,这些亚群有不同的功能、特征和起源,亚群映射到不同的组织区域。另外,通过分析推断这些肿瘤亚群的丰度,揭示患者生存率和治疗反应的差异关系。总之,该研究提供了一个描绘乳腺癌异质性和结构的综合性方法。同时,它也将有助于临床医生对乳腺癌“分门别类”的精准治疗。


文献下载

单细胞和空间分辨分析揭示了乳腺癌的细胞异质性.pdf




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