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一、研究背景:
癌癥免疫療法的成功激發(fā)了對整體腫瘤生態(tài)系統(tǒng)的深入探索,尤其是腫瘤微環(huán)境 (TME)的免疫方面,B細(xì)胞是腫瘤免疫微環(huán)境的重要組分,傳統(tǒng)上被認(rèn)為通過抗體產(chǎn)生、抗原呈遞和調(diào)節(jié)其他免疫細(xì)胞(如T細(xì)胞)發(fā)揮抗腫瘤作用。然而,近年研究發(fā)現(xiàn)B細(xì)胞具有高度異質(zhì)性,既可促進(jìn)抗腫瘤免疫,也可能在特定條件下支持免疫抑制或腫瘤進(jìn)展。不同腫瘤類型(如乳腺癌、黑色素瘤、結(jié)直腸癌等)中B細(xì)胞的表型和功能差異尚未系統(tǒng)解析,限制了對其在癌癥中作用的全面理解。因此,作者希望通過整合泛癌種中腫瘤浸潤B細(xì)胞(TIBs)數(shù)據(jù)集能夠系統(tǒng)地檢查跨癌癥類型之間TIB的轉(zhuǎn)錄、克隆和空間異質(zhì)性。
文章亮點:
構(gòu)建腫瘤浸潤 B 細(xì)胞(TIBs)的泛癌種單細(xì)胞圖譜
TIBs的豐度和亞型組成在19種癌癥類型中表現(xiàn)出異質(zhì)性
腫瘤相關(guān)非典型B細(xì)胞(TAAB)與良好的預(yù)后相關(guān)
TAAB被克隆擴(kuò)增和激活,似乎與CD4T細(xì)胞相互作用
二、研究結(jié)果
研究人員將新生成的泛癌 scRNA-seq 數(shù)據(jù)集與其他 54 項已發(fā)表的研究組合在一起,通過嚴(yán)格的質(zhì)量控制和篩選,編制了包含19種主要癌癥類型的649名患者的948個樣本的511847個B細(xì)胞的單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組圖譜,主要涵蓋了腫瘤組織、鄰近非腫瘤組織(ANT)和外周血。根據(jù)它們的典型標(biāo)記物的高表達(dá)區(qū)分了五個B細(xì)胞群,即Bn細(xì)胞、Bm細(xì)胞、Bgc細(xì)胞、抗體分泌細(xì)胞(ASC)和循環(huán)B細(xì)胞。將上述五個主要簇分別聚類,發(fā)現(xiàn)了總共 20 種不同的細(xì)粒B細(xì)胞亞型,每種亞型都有特定的特征基因。重建的BCR序列能夠檢查 TIBs 的各種克隆型特征(STAR方法),在B細(xì)胞主要譜系中發(fā)現(xiàn)了不同的同種型分布模式。并且研究人員在12個腫瘤組織上用四個面板進(jìn)行了多重免疫熒光實驗,繪制腫瘤中B細(xì)胞主要譜系的空間布局。
研究人員利用泛癌圖譜檢查不同癌癥間TIBs的異質(zhì)性,發(fā)現(xiàn)不同腫瘤中B細(xì)胞比例因癌癥類型而異。在一些起源于粘膜組織的癌癥類型中,觀察到ANT和腫瘤之間B細(xì)胞群大小呈正相關(guān),這反映組織中炎癥狀態(tài)或TLS的存在可能導(dǎo)致觀察到的B細(xì)胞水平較高。研究人員根據(jù)主要譜系比例發(fā)現(xiàn)TIBs的組成異質(zhì)性,可能受到宿主器官固有特征的影響??傮w而言,綜合數(shù)據(jù)集提供了對泛癌水平TIBs復(fù)雜性和異質(zhì)性的見解。
泛癌圖譜還可以分析稀有細(xì)胞類型的相關(guān)轉(zhuǎn)錄特征和轉(zhuǎn)換動力學(xué)。以Bgc細(xì)胞為例,研究人員確定了兩個Bgc亞群,c12和c13,并證實了它們在幾乎所有分析的癌癥類型中存在。C12細(xì)胞參與T細(xì)胞活化、抗原加工和呈遞調(diào)節(jié)途徑,c13參與細(xì)胞增殖相關(guān)途徑,并且c12和c13的豐度是相關(guān)的,表明它們經(jīng)常共存,存在狀態(tài)轉(zhuǎn)換。為了進(jìn)一步闡明Bgc細(xì)胞的進(jìn)化動力學(xué),研究人員根據(jù)相應(yīng)細(xì)胞的第三個互補決定區(qū)(CDR3)序列(STAR 方法)計算重建了譜系樹,發(fā)現(xiàn)c12和c13細(xì)胞之間的多輪交替轉(zhuǎn)換表現(xiàn)為SHMs逐漸積累,并且伴隨著這一過程出現(xiàn)了Bm細(xì)胞和PC。研究人員繼續(xù)探索Bgc細(xì)胞與其他B細(xì)胞亞群和腫瘤內(nèi)其他免疫亞型關(guān)聯(lián)性,發(fā)現(xiàn)CD4 T濾泡輔助細(xì)胞(Tfh)細(xì)胞與Bgc細(xì)胞表現(xiàn)出最強(qiáng)的正相關(guān)。
使用跨組織轉(zhuǎn)錄組學(xué)和BCR數(shù)據(jù),從腫瘤富集度、克隆擴(kuò)展和增殖三個角度,確定可能參與腫瘤相關(guān)免疫反應(yīng)的關(guān)鍵B細(xì)胞亞群。數(shù)據(jù)顯示,循環(huán)B細(xì)胞和組織浸潤B細(xì)胞之間存在顯著差異,其中在相對有限的Bm細(xì)胞克隆擴(kuò)增中,c08_ABC_FCRL4亞群在腫瘤內(nèi)顯示出明顯更高的克隆擴(kuò)增水平。
接下來,研究人員進(jìn)一步關(guān)注ASC譜系的特征,發(fā)現(xiàn)ASC在癌癥類型中具有最高的變異性,在來源于胃腸道和呼吸組織中,正常的黏膜免疫由豐富的IgG抗體守護(hù),但在腫瘤和ANT中c16、c17豐度存在顯著差異。進(jìn)一步比較腫瘤和ANT間ASCs的同種型組成差異,發(fā)現(xiàn)IgG1是腫瘤樣本中ASC中最常見的同種型。在CRC腫瘤中,IgA細(xì)胞主要聚集在腫瘤區(qū)域附近的粘膜區(qū)域,而IgG細(xì)胞主要存在于腫瘤區(qū)域內(nèi),總的來說,腫瘤中ASCs 的同種型從IgA偏向于IgG同種型,推測IgG PC可能參與抗體相關(guān)反應(yīng)。
為了進(jìn)一步了解B細(xì)胞亞群在腫瘤中的作用,研究人員利用TCGA數(shù)據(jù)來探測B細(xì)胞亞群特征與校正總B細(xì)胞豐度與癌癥患者總生存期的關(guān)聯(lián)。B細(xì)胞亞群與患者預(yù)后相關(guān)性依賴癌癥類型,F(xiàn)CRL4 Bm特征表達(dá)相對較高的患者在泛癌水平上往往表現(xiàn)出較長的生存期。
據(jù)報道調(diào)節(jié)性B細(xì)胞(Bregs)起促腫瘤作用并與不良預(yù)后相關(guān),研究人員檢測Bregs的細(xì)胞因子表達(dá),發(fā)現(xiàn)IL10的表達(dá)分散在不同的B細(xì)胞主要簇中,并且這些不同簇中也高表達(dá)其他標(biāo)志物,簡而言之,這些結(jié)果表明B細(xì)胞分化階段的標(biāo)志物會變化,至少Bregs或IL10 B細(xì)胞可能不代表B細(xì)胞的不同譜系。
文章前面指出FCRL4 Bm細(xì)胞在腫瘤中的關(guān)鍵作用,進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)它幾乎在所有癌癥類型的腫瘤中,其中一小簇Bm細(xì)胞被區(qū)分為FCRL4 Bm細(xì)胞,腫瘤浸潤FCRL4 Bm細(xì)胞與先前報道的ABC的轉(zhuǎn)錄存在相似性,因此,將這類細(xì)胞命名為腫瘤相關(guān)ABC(TAAB)。
進(jìn)一步探索TAABs 在腫瘤中的分子特性,發(fā)現(xiàn)TAAB表現(xiàn)出B細(xì)胞活化標(biāo)志物的表達(dá)升高,利用SCENIC的調(diào)節(jié)子分析也證實了這些轉(zhuǎn)錄因子的活性,這些結(jié)果表明TAAB可能在腫瘤中經(jīng)歷抗原刺激的激活。將偽時間與基因表達(dá)譜相關(guān)聯(lián)表明,偽時間的增加伴隨著ABC標(biāo)志基因、T細(xì)胞共刺激相關(guān)基因、MHC-II基因和炎性細(xì)胞因子受體的逐漸上調(diào)。
文獻(xiàn)報道TIBs參與其他免疫細(xì)胞,尤其是T細(xì)胞,研究人員探索TME中TAAB的特征,對來自三種癌癥類型的7個腫瘤樣本進(jìn)行mIHC定位,定量發(fā)現(xiàn)TAAB與最近的CD4T細(xì)胞中位距離約10 μm,TAAB和CD4 T細(xì)胞之間的連接處有明顯的HLA-DR表達(dá),表明TAAB可能通過MHC-II抗原呈遞為CD4 T細(xì)胞活化提供信號。腫瘤樣本上的mIHC顯示,位于TAAB附近(< 20 μm)的CD4 T細(xì)胞表現(xiàn)出更高的活化標(biāo)志物CD69表達(dá)。IL-21已知可促進(jìn)B細(xì)胞活化和擴(kuò)增,并作為PC分化的最有效誘導(dǎo)劑發(fā)揮作用,僅由CD4 T細(xì)胞的CXCL13亞群表達(dá),在TAAB中顯示出比腫瘤中所有其他Bm亞群更高的信號活性,意味著TAAB和腫瘤反應(yīng)性CD4 T細(xì)胞在TME中共存。
綜上所述,TAAB通過與CD4 T細(xì)胞相互作用,作為抗原呈遞細(xì)胞參與T細(xì)胞反應(yīng)和作為介導(dǎo)體液反應(yīng)的PC前體,與它們在多種癌癥中的良好預(yù)后相關(guān),與整體B細(xì)胞存在無關(guān)。
三、總結(jié):
表征腫瘤浸潤B細(xì)胞(TIBs)的組成和表型特征對于促進(jìn)我們了解它們在癌癥發(fā)展中的作用非常重要。在這里,研究人員通過整合來自19種主要癌癥類型的649名患者的B細(xì)胞的單細(xì)胞RNA測序數(shù)據(jù),建立了人類B細(xì)胞的綜合資源。證明了它們的總豐度和亞型組成存在很大異質(zhì)性,并觀察到抗體分泌細(xì)胞同種型的免疫球蛋白G(IgG)偏斜性。此外,研究人員確定了應(yīng)激反應(yīng)記憶B細(xì)胞和腫瘤相關(guān)非典型B細(xì)胞(TAAB),這兩個富含腫瘤的亞群具有預(yù)后潛力,以泛癌方式共享。特別是,TAAB的特點是高克隆擴(kuò)增水平和增殖能力以及與腫瘤中活化的CD4 T細(xì)胞密切相互作用,可預(yù)測免疫治療反應(yīng)。這些綜合資源描述了不同的臨床相關(guān)TIB亞群,為進(jìn)一步探索癌癥中B細(xì)胞的功能共性和多樣性奠定了基礎(chǔ)。