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Gastroenterology (IF=34) | 应用多组学方法解密肝转移免疫微环境

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2024-10-17 00:34

11月26日，来自海军军医大学东方肝胆外科医院、复旦大学附属肿瘤医院、上海中医药大学附属龙华医院等单位的陈磊/王鹏/王红阳/刘维薇多团队合作在《Gastroenterology》（IF=33.883）杂志上联合发表了题为“Integrated multi-omics Landscape of liver metastases”的研究成果。该研究对肝转移微环境的多样化组成及其对肝转移的进展和临床结果的潜在意义进行了研究，通过对转移性肝癌中免疫亚型的挖掘，为转移性肝癌患者的有效治疗策略提供了更多思路。

研究背景

肿瘤转移是恶性疾病成功治疗的主要挑战。肝脏是肿瘤转移的主要部位，特别是胃肠道恶性肿瘤，如结肠癌、胃癌和胰腺癌。只有少数肝转移肿瘤是可切除的。基于原发肿瘤起源的各种综合治疗策略被广泛应用于不可切除的肿瘤肝转移患者，然而与原发肿瘤相比，即使联合使用靶向药物或免疫检查点抑制剂，肿瘤肝转移的反应差和快速复发更为常见。这使得对肿瘤肝转移局部特征和探索潜在治疗策略的广泛研究成为目前的迫切需要。

肿瘤微环境(TME)在原发性肝癌(PLC)和肝转移(LM)的形成和发展中起着重要作用。在大多数实体肿瘤中，T细胞是数量最多、特征最好的细胞群，CD4+辅助性T细胞和CD8+细胞毒性T细胞通过侵入抗原性肿瘤细胞来阻止肿瘤生长。对TME的特征性和靶向性进行研究，可能有利于增加我们对各种转移性肿瘤，特别是起源于不同原发位点的肝转移的理解。

研究方法

该项研究对肝转移微环境的多样化组成及其对肝转移的进展和临床结果的潜在意义进行研究，利用质谱流式、WES（全外显子组测序）、全转录组分析、PhenoImager多重免疫荧光、单细胞测序等多组学方法展示了100个肝转移和50个原发肝癌的队列（LCLM）的单细胞免疫图谱，同时揭示了恶性遗传特征与缺氧信号的过度激活呈正相关，缺氧信号的过度激活与T细胞耗竭或罕见T细胞炎症亚型有关，并可能是肝转移的预后不良的原因。

研究人员还在原发性肝癌和转移性肝癌中发现了一个潜在免疫逃逸和免疫抑制的靶标——SLC2A1。这项研究证实了转移性肝癌中免疫亚型的重要性，为转移性肝癌患者的有效治疗策略提供了更多的思路。

研究过程

1. 原发肝癌的队列（LCLM）的免疫图谱绘制和T细胞特征分析

研究人员首先对来自LCLM队列的150个标本通过单细胞质谱流式进行量化免疫图谱绘制，并对其中133个患者的活检和外周血细胞样本进行了全外显子组测序，130个肿瘤活检进行了全转录组分析。结果显示，在队列中T细胞是TME的主要免疫细胞群，平均占比为67.5%，转移性肝癌中，T细胞/CD45+的比例比原发性肝癌中更低，预示着转移性肝癌的TME天然的形成免疫荒漠型。

根据细胞的抗体标记，将T细胞进行聚类分析划分成16个亚型，其中包含7个CD4+ T细胞簇和9个CD8+ T细胞簇。在不同的癌症类型中，观察到了不同的T细胞群体特征。基于这16种T细胞亚群的分布情况，P-LM和C-LM（两种转移性肝癌）与HCC（原发性肝细胞癌）和ICC（原发性肝内胆管癌）的TME差别最大。

2. LCLM队列中IM亚型的分类与其预后价值评价

研究人员使用HLA-DR作为T细胞激活标记物，PD-1作为T细胞抑制标记物，基于这些表面蛋白标记物建立了8个T细胞亚群。并将患者分为5个IM亚型，这些亚型由不同的T细胞亚群组成。不同的肿瘤类型显示为不同的IM亚型分布，原发性肝癌和转移性肝癌在IM2和IM5细胞群的数量上有显著差异（IM2亚群中HLA-DR+CD8+ T细胞比例最高；IM5亚群HLA-DR+PD-1+CD8+ T细胞比例较高）。随后研究了不同TME对预后的影响。IM4和IM5亚型的患者的预后较IM1，IM2和IM3更好。并且肿瘤消融-TACE联合治疗只有在IM4型中有更好的临床预后。

为了进一步验证肝转移中的IM亚型，在验证队列中进行了PhenoImager多重免疫荧光（mIHC）实验，以检测IM特异性T细胞亚群。结果显示肝转移中存在5种IM亚型，如预期的那样，生存结局也与LCLM队列一致。研究证明，相较于肿瘤起源，TME状态，特别是IM分型是更加有效的预后预测指标。

3. SLC2A1基因敲除改善了肝转移免疫微环境与其原理验证

研究人员进一步对LCLM队列中的130个肿瘤活检样本进行RNA-Seq，以检测不同IM分型的转录组特征。研究发现，缺氧特征与T细胞浸润负相关，缺氧相关分子SLC2A1的在IM1，IM2和IM3中表达更高。并且，SLC2A1被证明在原发和转移性肝癌中均为不良预后因素，与T细胞浸润水平负相关。

为了探索SLC2A1基因在转移性肝癌TME中发挥的作用，研究人员构建了Slc2a1基因敲除与不敲除的转移性肝癌小鼠模型。通过单细胞测序发现，Slc2a1基因敲除后转移性肝癌中的免疫微环境有所改善。

研究人员比较了肝转移结直肠癌和非肝转移结直肠癌的T细胞图谱。结果显示，CD4+ Tregs, LAG-3+CD4+ T细胞在肝转移结直肠癌样本中更多。通过构建肿瘤小鼠模型发现，Slc2a1基因敲除小鼠中CD4+ Tregs 和 LAG-3+CD4+ T细胞数量减少。这些结果表明SLC2A1通过调节CD4+T细胞介导的免疫逃逸，促进了结直肠癌的肝转移。

参考文献

1.Yang S, Qian L, Li Z, Li Y, Bai J, Zheng B, Chen K, Qiu X, Cai G, Wang S, Huang H, Wu J, Zhu Y, Zhangyang Q, Feng L, Wu T, Wu R, Yang A, Wang K, Wang R, Zhang Y, Zhao Y, Wang W, Bao J, Shen S, Hu J, Wu X, Zhou T, Meng Z, Liu W, Wang H, Wang P, Chen L, Integrated multi-omics Landscape of liver metastases, Gastroenterology (2022)

Doi: https://doi.org/10.1053/j.gastro.2022.11.029.

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