题目：Cellular Heterogeneity Landscape in Laryngeal Squamous Cell Carcinoma（喉鳞状细胞癌的细胞异质性图谱）
IF：5.145
期刊：International Journal of Cancer
合作单位：哈尔滨医科大学
技术手段：单细胞测序+免疫组化验证
中科普瑞提供悬液制备、单细胞测序及分析服务。 研究背景 喉鳞状细胞癌（LSCC）是呼吸道最常见但恶性程度很高的肿瘤之一，大多数患者(约60%)在诊断时已经表现为晚期(III 期或IV期)。考虑到喉的发声作用，临床中希望为LSCC患者选择最佳的治疗策略，以维持术后患者的发音能力。LSCC的治疗在过去十年中有了很大的改进。例如，立体定向放射治疗和粒子束放射治疗等放射治疗技术的进步在放射精度方面具有重要的优势。然而，这些先进疗法的效果并不令人满意。一系列临床研究都证明，肿瘤的异质性是导致放疗、化疗等多种治疗手段无效的重要原因。 肿瘤组织内细胞的异质性导致肿瘤形态和生理特征等多方面的显著差异，如肿瘤细胞的异质性影响肿瘤细胞增殖和促血管生成的潜能，而免疫细胞的异质性需要采用单细胞水平的检测方法。单细胞RNA测序(scRNA-seq)技术能够有效检测特定组织中的细胞成分。 该研究，应用scRNA-seq来鉴定两个LSCC组织样品中的细胞亚群。通过生信分析，对于组织1中的10699个细胞和组织2中的3712个细胞，进行了精细的细胞亚群聚类和细胞类型鉴定。鉴定出LSCC组织中包括肿瘤细胞、免疫细胞、上皮细胞、成纤维细胞和内皮细胞等多种细胞类型。 肿瘤细胞进一步分为5个细胞亚群。值得注意的是，免疫组织化学(IHC)染色显示，其中两个肿瘤细胞亚群在肿瘤组织内呈现独特的空间位置。其作用分别为角化作用和增殖作用，并与临床预后相关。免疫细胞在肿瘤组织中占有很高的比例，并被注释为几种常见的免疫细胞。该研究描绘了在LSCC组织的细胞图谱，这有助于理解肿瘤内的细胞异质性，并进一步探究肿瘤发生发展的分子机制。 技术路线 研究结果 — LSCC组织的单细胞数据初步分析 将LSCC组织分为两部分，一部分用于免疫组化，另一部分用于scRNA-seq，组织首先经过Solo肿瘤组织酶解试剂盒(JZ-SC-58201）酶解处理，最终得到细胞总数约有100万的单细胞悬液，经质检，细胞百分比活性为82.33%。通过BD Rhapsody的实时成像系统监控单细胞捕获过程，细胞捕获效率为89.50%，磁珠回收效率为87.70%。对于单细胞转录组文库的测序分析，共鉴定出12985个细胞。经质量控制过滤，得到10699个细胞。平均每个细胞检测到3,402个mRNA转录本(中位数为2,223个UMIs)和1,192个基因(中位数为930)。随后对单细胞的表达谱数据进行了详细分析。 相关链接：中科普瑞单细胞试剂盒 — LSCC组织细胞类组成的鉴定 10,699个LSCC细胞被分为5个细胞亚群，包括肿瘤细胞(5,777个，54.00%)、免疫细胞(3,873个，36.20%)、上皮细胞(493个细胞，4.61%)、成纤维细胞(366个细胞，3.42%)和内皮细胞(190个细胞，1.77%)。对于组织2，检索到类似的细胞异质性分类。肿瘤组织中的免疫细胞占相当大的比例。 免疫细胞共3873个，肿瘤细胞共计5777个。这些肿瘤细胞又可分成五种类型,包括永生性肿瘤细胞(3374个细胞,58.40%)、增生性肿瘤细胞(1008个细胞,17.45%),转移性肿瘤细胞(948个细胞,16.41%),角化细胞样肿瘤细胞(383个细胞,6.63%)和免疫相关肿瘤细胞(64个细胞,1.11%)。随后对每种肿瘤细胞类型的特异表达的标记基因及其涉及的细胞生物学功能注释进行了进一步的分析。 — LSCC组织肿瘤细胞异质性的鉴定 角化细胞样肿瘤细胞特异性表达角化细胞分化标记:SPRR3、SPRR1A和SPRR2A。角化细胞样肿瘤细胞位于肿瘤中心，具有角化细胞分化的特征。 增生性肿瘤细胞特异性表达TPX2、CKS1B和MKI67，且有不良预后的趋势。该细胞类型的细胞功能富集分析与核分裂和染色体分离密切相关。拟时序分化轨迹显示，这些细胞主要分布在分化轨迹开始处。此外，多个高表达基因(MKI67、TPX2、TK1、CDCA3、HMGB1)与肿瘤分级呈正相关。此外,推测细胞周期分析结果显示，增生性肿瘤细胞在G2/M期所占比例高于其他簇细胞，而角化细胞样肿瘤细胞多处于G1期。细胞形态显示，这些细胞可能处于分裂阶段，提示它们与增殖有关。增生性肿瘤细胞位于肿瘤边缘，表现为恶性增生的特性。 永生性肿瘤细胞高表达MTRNR2L1、MTRNR2L8和MTRNR2L12，转移性肿瘤细胞高表达SERPINB5、GJA1和TM4SF1。 这些标记基因与患者预后无显著相关性。各簇的功能富集表明，它们主要与受体拮抗剂活性和膜通透性调节有关。在分化轨迹中，肿瘤细胞处于分化过程的分支终点(D1)。转移瘤细胞沿轨迹起点至另一分支终点(D2)分布。免疫肿瘤细胞分散、数量少，免疫相关基因IL32、CD2、SRGN高表达。细胞功能富集与淋巴细胞激活和细胞粘附的调节相关。 综上所述，角化细胞样细胞和恶性增殖细胞在肿瘤组织中呈现独特的空间位置。所有细胞在肿瘤组织中的空间分布模型如下图所示： 这篇文献的作者，利用单细胞转录组测序技术，鉴定了喉鳞状细胞癌（LSCC）的单细胞类型及其组成比例；并进一步通过功能关联分析和拟时序轨迹分析，探究了不同肿瘤细胞类型的异质性及其分化关系；最终通过免疫组化的验证方式，展示了喉鳞状细胞癌中细胞的空间分布趋势。这种系统的单细胞测序分析+生物学实验验证的研究思路，值得大家借鉴。
