肿瘤研究：时空“肺”腑之言，从全新视角看肺癌 | 时空简讯49期

时空简讯第49期。

肺癌分为小细胞肺癌（small cell lung cancer，SCLC）和非小细胞肺癌（non-small cell lung cancer，NSCLC）两种主要组织学亚型，其中NSCLC占所有肺癌的70%~80%，具有高度异质性的特征。而肿瘤异质性与其发生、转移、进展及治疗反应密切相关，因此，剖析肝癌免疫微环境的空间景观，对于探明其发病机制、筛选疾病标志物及开发新治疗策略至关重要。

在此，我们遴选了有关肝癌发病机制、诊断与治疗反应的8篇优质前沿文章，展示时空及单细胞组学技术在肝癌研究中取得的最新成果，供了解参考。

病理机制

Pathological Mechanism

谱系追踪揭示肺腺癌的系统动力学、可塑性和路径

Cell [IF: 66.850]

① 使用CRISPR/Cas9基因编辑技术，构建了一个Kras;Trp53（KP）驱动的小鼠肺腺癌模型（KP-tracer），然后采用标记慢病毒-Cre条码的构建体（lenti-Cre-BC）诱导肿瘤，并通过scRNA-seq证明了该小鼠模型可实现连续、高分辨率的体内癌症谱系追踪。

② 对40,386个单细胞转录组进行系统发育分析，发现具有不同表达程序的罕见亚克隆在肿瘤演变过程中扩增，该过程具有DNA拷贝数变异（copy number variation，CNV）、细胞周期评分和适应性评分增加的特征。

③ 结合适应性评分和肿瘤单细胞转录组，揭示了KrasLSL-G12D/+; Trp5/fl/fl（KP）肿瘤的适应性相关基因程序，其中与肿瘤扩张始终相关的转录程序可进一步分解成“胃与内胚层信号”、“间质转换标记基因和神经基因”和“经典间充质和转移前基因”3个独立的模块，且都与肺腺癌不良预后显著相关。

④ 基于肿瘤系统发育关系，提出Effective Plasticity评分用于评估细胞状态变化的频率，即可塑性，发现肿瘤内转录异质性是由细胞状态可塑性的瞬时增加驱动的。

⑤ 开发Phylotime用于量化单个细胞与其祖细胞的演化距离，发现KP肿瘤的演化路径主要有两条，且每个演化轨迹都有明显的转录变化。

⑥ 对敲除Lkb1的KP肿瘤（KPL）和敲除Apc的KP肿瘤（KPA）共计32,146个细胞进行scRNA-seq分析，发现这两种抑癌基因的缺失对肿瘤细胞状态、可塑性和演化路径的影响不同，如，KPL肿瘤处于间质转换前状态且可塑性降低，而KPA肿瘤处于Apc特异性早期、间充质和转移状态，并产生独特的发育轨迹。（大禹）

实验设计及主要发现

Lineage tracing reveals the phylodynamics, plasticity, and paths of tumor evolution.

2022.05.05; DOI: 10.1016/j.cell.2022.04.015

研究文章：小鼠，肺，肺腺癌，谱系追踪，系统发生，肿瘤演变，scRNA-seq，MULTI-seq，CRISPR/Cas9，转录组异质性；Dian Yang, Matthew G. Jones, Nir Yosef, Tyler Jacks，Jonathan S. Weissman; University of California, Massachusetts Institute of Technology; USA.

多区域单细胞测序解析肺腺癌的空间和细胞结构

Cancer Discovery [IF: 39.397]

①对来自新切除的早期肺腺癌（lung adenocarcinoma，LUAD）组织、癌旁和远端正常肺组织的所有细胞进行scRNA-seq分析，绘制了早期LUAD及近远端肺的全面单细胞图谱（共15,132个细胞），揭示了早期肺癌演变的特征，为制定早期肺癌治疗策略提供了宝贵资源。

② 70,030个上皮细胞形成10个不同的簇，其中主要来自癌症样本的恶性富集簇（C9）的亚类在不同个体之间及个体内肿瘤和癌旁样本间存在异质性。

③ 表征了淋巴细胞的空间动力学，揭示了10种转录上不同的淋巴样细胞类型，并发现淋巴细胞状态和特性改变可能是早期LUAD中免疫重塑的原因。

④ 从45,803个髓细胞中识别出13种不同的亚群；随着与LUADs的空间接近程度增加，抗原呈递相关基因的表达水平显著降低，巨噬细胞抗原减少，促炎基因表达明显减少，抗炎基因表达明显增加。

⑤ CD24是早期LUAD中细胞-细胞相互作用的核心，它与促肿瘤免疫环境形成和不良预后相关，并促进体内LUAD生长。（DL/Lina）

多区域scRNA-seq解析早期LUAD和外周肺生态系统

Resolving the spatial and cellular architecture of lung adenocarcinoma by multiregion single-cell sequencing.

2021.05.10; DOI：10.1158/2159-8290.CD-20-1285

研究文章；人，肺，肺腺癌，肿瘤微环境，肿瘤异质性，空间演变，scRNA-seq；Ansam Sinjab, Guangchun Han, Linghua Wang, Humam Kadara; The University of Texas MD Anderson Cancer Center; USA.

染色体外DNA扩增导致小细胞肺癌的异质性且与较差预后相关

Cancer Discovery [IF：28.200]

① 整合全基因组测序、远程光学映射、单细胞DNA测序和荧光原位杂交，绘制了首个小细胞肺癌（small-cell lung cancer，SCLC）染色体外DNA（ecDNA）的综合图谱，并描述了一种控制MYC驱动的SCLC异质性的新机制。

② ecDNA是SCLC关键致癌基因扩增和肿瘤间异质性的主要来源；除作为癌基因扩增和融合的载体外，ecDNA还使远端DNA元件更加接近，允许远端增强子和癌基因之间的染色质接触，从而发挥SCLC转录扩增单位的作用。

③ ecDNA提供的转录灵活性可能是SCLC肿瘤内异质性、治疗耐药性和转移快速扩大的基础，且具有复杂ecDNA扩增的SCLC的生存结果明显较差。

④ 证实无细胞核小体检测可以非侵入性地检测血浆中的ecDNA扩增，促进其在SCLC和其他癌症中的全基因组的查找。（Lina）

ecDNA扩增促进SCLC肿瘤可塑性和异质性的分子机制

Extrachromosomal DNA amplification contributes to small cell lung cancer heterogeneity and is associated with worse outcomes.

2023.04.03; DOI: 10.1158/2159-8290.CD-22-0796

研究文章；人，肺，小细胞肺癌，染色体外DNA，肿瘤异质性，肿瘤演变，单细胞DNA测序，荧光原位杂交；Lőrinc Sándor Pongor, Anish Thomas; National Cancer Institute, NIH; USA.

人和小鼠的肺癌单细胞转录组学研究揭示个体及物种间保守的髓系细胞群

Immunity [IF: 21.522]

① 应用scRNA-seq，绘制了非小细胞肺癌（non-small cell lung cancer，NSCLC）患者和小鼠的肿瘤浸润髓系细胞（tumor-infiltrating myeloid cells，TIMs）的单细胞转录组景观，并系统地比较细胞状态，揭示了个体和物种间保守的髓系细胞群，并为TIMs作为免疫疗法靶点的研究奠定了基础。

② 对7例NSCLC患者的TIMs进行scRNA-seq分析，确定了25种不同的TIMs状态，其中大多数TIMs状态在不同患者中重复出现。

③ 对肺癌小鼠的TIMs进行单细胞测序，并与人的TIMs进行比较，发现树突细胞和单核细胞的群体结构在两物种间几乎完全一致，中性粒细胞亚群保守，巨噬细胞存在物种差异；而NSCLC患者血液中的髓细胞群体结构与其TIMs结构的重叠有限。（Nano Lyu）

人和小鼠肺癌中TIMs的单细胞转录组图谱

Single cell transcriptomics of human and mouse lung cancers reveals conserved myeloid populations across individuals and species.

2019.04.09; DOI: 10.1016/j.immuni.2019.03.009

研究文章；人，小鼠，肺，非小细胞肺癌，肿瘤浸润髓系细胞，scRNA-seq；Rapolas Zilionis, Camilla Engblom, Christina Pfirschke, Virginia Savova，Mikael J. Pittet, Allon M. Klein；Institute of Biotechnology, Life Sciences Center, Vilnius University, Massachusetts General Hospital Research Institute and Harvard Medical School; USA.

诊断与治疗

Diagnosis and Treatment

单细胞转录谱分析揭示EOMES+CD8+T细胞与获得性EGFR-TKI耐药性之间的相关性

Drug Resistance Updates [IF：22.841]

① 整合分析来自正常（n=4）、酪氨酸激酶抑制剂（tyrosine kinase inhibitors，TKI）治疗前（TKI naïve，TN；n=8）、残留疾病（residual disease，RD；TKI敏感组，n=10）和进行性疾病（progressive disease，PD；TKI耐药组，n=7）样本的scRNA-seq数据，证明了 EOMES+CD8+T细胞与获得性EGFR-TKI耐药性之间的相关性，支持脱中胚蛋白（eomesodermin，EOMES）作为治疗反应的生物标志物的效用。

② 肺癌患者在获得性对TKI产生耐药性后，EOMES+CD8+T细胞显著增加，并与不良生存率相关。

③ EOMES+CD8+T细胞的增加可能与TRM T细胞的转化和代谢重编程有关。

④ 外周血中的EOMES+CD8+T细胞有可能成为一种很有前景的EGFR-TKIs耐药性的生物标志物。（Max）

Single-cell transcriptional profiling uncovers the association between EOMES+CD8+T cells and acquired EGFR-TKI resistance.

2022.12.15; DOI: 10.1016/j.drup.2022.100910

研究文章；人，肺，肺癌，酪氨酸激酶抑制剂治疗，治疗反应，EGFR-TKI耐药性，T细胞，表皮生长因子受体，生物标志物，scRNA-seq；Guosheng Wang, Jiaxing Sun, Jing Zhang, Qiping Zhu, Feilong Wang, Qi Yin, Yuan Wan; 同济大学医学院上海东医院；中国

技术创新

Technology Innovation

新鲜肺癌样本中新抗原反应性T细胞高表达CD39和CXCL13

Cancer Cell  [IF：38.585]

① 结合CITE-seq与TCR-seq两种技术，开发了TCR-CITE-seq，可以在单细胞水平上提供细胞表面蛋白、转录组和TCR序列信息。

② 4例非小细胞肺癌（non-small cell lung cancer，NSCLC）患者的新鲜肿瘤组织和配对外周血样本的全外显子组测序分析，在肿瘤浸润淋巴细胞（tumor-infifiltrating lymphocytes，TIL）中鉴定出7个突变反应性TCR。

③ 比较新抗原反应性CD8+T细胞与其他CD8+T细胞的表面蛋白和基因的差异表达，发现CD39和CXCL13在新抗原反应性CD8+T细胞中高表达。

④ 通过评估CD39+CXCL13+频率最高的T细胞克隆型和CD39-高频克隆型对新生抗原的反应强弱，发现同时表达CD39蛋白和CXCL13 mRNA的高频TCR克隆型（clonotype）这一简单特征，可以用于鉴定新抗原反应性CD8+T细胞和CD4+T细胞。（大禹）

TCR-CITE-seq开发及应用

A phenotypic signature that identifies neoantigen-reactive T cells in fresh human lung cancers.

2022.04.21; DOI: 10.1016/j.ccell.2022.03.012

研究文章；人，肺，非小细胞肺癌，新抗原，T细胞，肿瘤浸润淋巴细胞，CITE-seq，TCR-seq, TCR-CITE-seq，单细胞测序；Ken-ichi Hanada, James C. Yang；National Cancer Institute, National Institutes of Health; USA.

Well-paired-seq ：一种高通量、高利用率、低成本的单细胞测序新方法

Small Methods [IF: 15.367]

① 开发了一种高通量、高利用率、低成本的单细胞测序新方法：Well-paired-seq。该方法协同尺寸排阻和局部准静态动力学的双层微孔芯片，突破泊松分布，解决了细胞损失、mRNA交叉污染、背景干扰等问题，实现了超高通量的scRNA-seq分析。

② Well-paired-seq芯片的各项性能评估：细胞和微球的配对率为82%，细胞捕获率约为90%；芯片具有强大的游离RNA和细胞团去除能力，减少了下游的数据分析的技术差异和背景噪音。

③ 将人细胞（Calcein AM染色的K562）和小鼠细胞（DiO染色的NIH/3T3）数量按1:1混合，生成了包括2,810个人类细胞和2,254个小鼠细胞的高质量文库，多胞率低于3.5，并将小鼠细胞按1:300的比例添加到人类细胞中，检测显示的两物种比例与预期相符（1:350），验证了Well-paired-seq可以实现对稀有单细胞的无偏倚检测。

④ 应用Well-paired-seq分别对由5种人肺腺癌细胞系组成的单细胞混合样品、两名健康人的PBMC样品进行分析，均可注释到不同功能状态下的关键细胞类型，表明该技术具有对复杂样本进行细胞类型分析的能力。（寒鹤）

Well-paired-seq工作原理

Well-Paired-Seq: A size-exclusion and locally quasi-static hydrodynamic microwell chip for single-cell RNA-Seq.

2022.05.06; DOI: 10.1002/smtd.202200341

研究文章；人，小鼠，肺，肺腺癌，Well-paired-seq，scRNA-seq，高通量测序，双层微孔芯片；Kun Yin，Jia Song，Chaoyong Yang；厦门大学，上海交通大学附属仁济医院；中国

空间组学带来肺癌肿瘤生物学新见解

Lung Cancer [IF: 5.705]

① 肺癌是全球癌症相关死亡的主要原因。新兴技术空间组学（基因组/转录组/蛋白质组）的出现，能更深刻地解析与原发性和转移性肺癌肿瘤异质性相关的复杂性，助力开发更有效的肝癌治疗方法。  

② 描述了针对肝癌，尤其是在晚期NSCLC的免疫检查点抑制剂治疗疗效、肿瘤突变负荷和肿瘤微环境方面取得的研究进展，并指出从空间维度解析肿瘤免疫微环境的重要性。

③ 回顾了目前应用于肝癌研究的各种空间组学技术（如MERFISH、Visium、DSP、SMI、CODEX等），并认为空间转录组学与先进成像技术的结合，会有助于进一步深入了解NSCLC组织生物学，并有望成为预测治疗反应可能性的强大工具。（郭浩冰/Lina）

空间组学技术概况

The Pandora’s box of novel technologies that may revolutionize lung cancer.

2021.07.19; DOI: 10.1016/j.lungcan.2021.06.022

综述；肺，肺癌，非小细胞肺癌，免疫治疗，肿瘤微环境，空间转录组学，空间蛋白组学；Habib Sadeghi Rad, Arutha Kulasinghe; Queensland University of Technology, Translational Research Institute, Princess Alexandra Hospital; Australia.

题图 | 彭卫

排版 | 小飞鱼

审核 | Lina

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