CosMx文献分享--通过单细胞空间分析对携带罕见可操作突变的肺腺癌实施分层，并解析其免疫调节相关的细胞间交互作用

作者Evil Genius大家对即将到来的AI与多组学做好准备了么? 基因组、单细胞空间、分子对接/分子动力学、宏基因组等以后必将作为一个整体进行分析。怪不得公司都不想要35岁以上的一方面生活琐事变多另一方面学习能力下降也越来越明白为什么都要考编制了。今天我们分享文献知识积累肺癌死亡率全球第一非小细胞肺癌NSCLC占比85%其中肺腺癌LUAD最常见多数患者确诊即晚期。EGFR突变通常导致免疫抑制微环境对ICI反应差KRAS/TP53共突变则与较好反应相关。携带罕见驱动突变频率5%如RET融合、MET exon14跳跃的LUAD患者能否从ICI中获益目前尚不明确是亟待解决的临床问题。结果1、携带不同可治疗致癌基因突变的LUAD单细胞空间图谱样本收集前瞻性收集了38例LUAD患者的石蜡包埋组织样本。其中34例携带8种罕见可操作驱动突变如EGFR 20ins、ROS1融合、METex14、RET融合、KRAS G12C/STK11共突变、BRAF V600E、HER2突变、NTRK融合另外4例作为参照组2例常见EGFR突变、2例无驱动基因突变。分析技术使用NanoString CosMx SMI平台进行单细胞空间分子成像同时获得单细胞转录组和空间位置信息。细胞数量与分型经质控后从38个样本中保留486,163个细胞。采用空间信息指导的聚类方法将细胞分为六大类上皮细胞23.65%、淋巴细胞36.8%、浆细胞10.51%、髓系细胞12.46%、成纤维细胞12.72%和内皮细胞3.86%。结果2、基于与免疫检查点抑制剂(ICI)反应相关的分子特征对肺腺癌患者进行分层分析计算了不同样本中主要细胞类型的比例并进行主成分分析。不同罕见驱动突变驱动的LUAD在整体细胞组成上相对一致无显著差异。采用cNMF识别共享的分子程序MPs由于细胞组成差异不明显研究者采用共识非负矩阵分解cNMF分析基因表达程序。共识别出13个在所有样本中共享的共识分子程序MPs可分为三类肿瘤细胞相关MP5/6/10、免疫相关MP2/4/7/8/9/16/17和基质相关MP3/13/14。这些MPs与已知的泛癌种保守程序高度一致验证了其可靠性。筛选与ICI反应相关的MPs利用三个已知ICI治疗结果的LUAD批量RNA测序数据集比较了响应者与非响应者之间的MP表达差异。识别出4个与ICI反应相关的MPsMP2、MP9、MP16、MP17均在响应者组中高表达。基于这4个MPs构建的组合特征在TCGA LUAD队列中显示高表达组患者预后显著更优。患者分层结果与验证根据4个ICI反应相关MPs的表达模式将8种罕见突变类型及2种参照组分为两个亚组ICI-MP-H组高表达组包括EGFR 20ins、METex14、BRAF V600E、NTRK融合、驱动基因阴性。ICI-MP-L组低表达组包括ROS1融合、RET融合、KRAS G12C/STK11、HER2突变、EGFR 19del/L858R。ICI-MP-H组患者如BRAF、METex14突变的客观缓解率和无进展生存期较好而ICI-MP-L组患者如RET融合、HER2突变预后较差。结果3、与干扰素反应过程相关的上皮细胞亚群在ICI-MP-H组中富集两组间肿瘤上皮细胞的差异表达对比ICI-MP-H组与ICI-MP-L组发现ICI-MP-H组的肿瘤上皮细胞显著高表达人白细胞抗原和干扰素反应相关基因。基因富集分析证实该组的MHC和干扰素分泌过程更为活跃。上皮细胞亚群鉴定与命名对上皮细胞进行再聚类分析将其分为6个亚群E0-POU5F1、E1-ANXA2、E2-SAT1、E3-IFI6、E4-COL1A1、E5-SERPINA1。E3-IFI6亚群在ICI-MP-H组中显著富集E3-IFI6亚群在ICI-MP-H组中的丰度显著高于ICI-MP-L组该现象在空间分布上尤为明显。通过“AddModuleScore”算法验证E3-IFI6亚群特异性富集了干扰素反应相关基因。高倍空间图像分析和多重免疫荧光mIF实验在蛋白水平上进一步证实ICI-MP-H组中E3-IFI6关键标记基因如PanCK和IFI6阳性的细胞数量显著更多。E-MP3与ICI治疗反应的关联对肿瘤上皮细胞进行cNMF分析识别出5个上皮分子程序E-MPs。其中E-MP3在E3-IFI6亚群中表达最高。E-MP3评分在ICI-MP-H组中显著高于ICI-MP-L组。临床数据验证分析包含明确免疫治疗反应信息的LUAD单细胞RNA测序数据结果显示主要病理缓解MPR组上皮细胞中E3-IFI6标记基因的表达水平显著高于非MPR组和初治组。这提示E3-IFI6与免疫治疗反应存在潜在关联。结果4、E3-IF16与髓系亚型具有空间邻近性并在巨噬细胞中维持抗肿瘤免疫活性空间分布分析发现E3-IFI6与髓系细胞最邻近计算空间共现得分发现E3-IFI6细胞与髓系细胞的距离最近。空间可视化直接证实了E3-IFI6细胞与髓系细胞在组织中的邻近分布。在ICI-MP-H组中髓系细胞的比例显著高于ICI-MP-L组。鉴定与E3-IFI6相关性最强的髓系亚群Ma-MHC将髓系细胞分为3大类巨噬细胞、树突状细胞、单核细胞和9个亚群。分析发现E3-IFI6与Ma-MHC巨噬细胞MHC亚群的相关性最强。空间共定位和细胞间相互作用分析也显示Ma-MHC与E3-IFI6的信号最强。Ma-MHC的比例在ICI-MP-H组中显著高于ICI-MP-L组。在蛋白水平上通过多重免疫荧光验证表达Ma-MHC标记基因、具有抗原呈递功能的巨噬细胞亚群CD68HLA-DRB在ICI-MP-H组中高度富集。功能实验验证IFI6对巨噬细胞免疫活性的影响选取属于ICI-MP-L组的LUAD细胞系NCI-H1975和NCI-H23构建IFI6过表达细胞系。将IFI6过表达的肿瘤细胞与M0巨噬细胞进行Transwell共培养。结果显示共培养后促炎基因HLA-DRB、IL-12、CD86、TNF-α表达显著上调而抗炎基因CD163、CD206、TGF-β、ARG1表达显著下调。结论与机制推测E3-IFI6细胞与Ma-MHC髓系亚群在空间上的邻近和潜在相互作用可能增强了ICI-MP-H组的免疫活性。IFI6高表达的肿瘤细胞能够维持巨噬细胞的抗肿瘤免疫活性这可能是ICI-MP-H组免疫治疗效果更优的潜在机制。结果5、E3-IFI6和Ma-MHC细胞在ICI-MP-H组内的特定空间微环境中富集并相互作用识别特定的空间生态位Niche0采用空间信息指导的生态位识别策略在所有肿瘤组织中鉴定出13个不同的空间生态位。其中Niche0以上皮细胞和髓系细胞为主在ICI-MP-H组中显著富集了E3-IFI6和Ma-MHC细胞。58.2%的E3-IFI6细胞和43.4%的Ma-MHC细胞定位于Niche0中表明两者在此生态位特异性共富集。Niche0的功能特征Niche0与Niche9空间距离最近后者由多种细胞类型按比例组成。Niche0特异性表达的基因主要富集于免疫反应和炎症反应等通路。细胞间相互作用分析比较ICI-MP-H与ICI-MP-L组共鉴定出17对显著的配体-受体对其中12对在ICI-MP-H组中显著富集。聚焦于E3-IFI6与Ma-MHC的相互作用发现E3-IFI6主要表达mIF、APP和VEGFA家族相关配体而Ma-MHC细胞中排名第一的受体信号轴是APP-CD74。APP-CD74轴的相互作用信号在ICI-MP-H组中更为显著。数据驱动算法验证采用InSituCor算法不依赖于细胞类型分布筛选空间相关基因证实APP和CD74在抗原连接相互作用模块中共表达该模块与Niche0空间重叠并与免疫炎症及细胞外基质重塑模块密切相关。蛋白水平与临床预后验证多重免疫荧光mIF直接可视化了IFI6⁺肿瘤细胞与HLA-DRB⁺巨噬细胞之间APP-CD74的相互作用。在包含ICI治疗结局的LUAD RNA-seq数据中E3-IFI6和Ma-MHC特征评分在响应者中均显著高于非响应者。Cox回归模型显示E3-IFI6与Ma-MHC的联合特征评分与患者更好的预后显著相关评分越高总生存期越长。最后来看看方法生活很好有你更好。