Science揭示人类癌症B细胞图谱
学术
2024-11-08 07:05
北京
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肿瘤浸润B细胞在肿瘤免疫中发挥重要作用，能够作为免疫治疗应答的预测因子。因此，分析不同癌症中B细胞的丰度和分化状态可能改善免疫治疗反应。小编今天和大家分享一篇今年五月刚刚发表在SCIENCE(IF: 56.9)杂志上全面分析人类癌症浸润B细胞的文章。该文章绘制了人类癌症浸润B细胞(TIBs)的图谱，揭示了TIBs的不同发育模式及其对肿瘤免疫的调控作用，为基于B细胞开发肿瘤免疫治疗策略提供了重要基础。![]()
文章全面分析了20种癌症中269例患者的肿瘤、淋巴结转移灶、邻近正常组织和外周血样本的scRNA-seq数据。研究首先整合了B细胞受体(BCR)测序和基因表达数据，对B细胞和抗体分泌细胞(ASCs)间的动态转化进行了详细刻画。接着研究基于不同癌症B细胞的单细胞染色质可及性数据(scATAC-seq)，分析了调控B细胞发育的表观网络。此外，研究也将B细胞定位在成熟和未成熟的三级淋巴结构(TLSs)中，并研究B细胞特异性反应的潜在调控因子。研究发现B细胞和浆细胞具有显著异质性，并识别出15个B细胞亚群和10个浆细胞亚群。研究也计算并验证了经典生发中心(GC)和替代的滤泡外(EF)两种独立的具有癌症类型偏好的ASCs发育路径。最后研究证实EF为主的癌症中非典型记忆(AtM)B细胞与免疫应答失调和较差的临床结局相关。![]()
文章首先总体刻画了人类癌症浸润B细胞的转录图谱，并分析了B细胞转录多样性。文章筛选了TCGA中B细胞评分较高的癌症进行采样，从66例患者的153份肿瘤、淋巴结转移、癌旁和外周血样本中分选了CD19+ B细胞，并进行配对单细胞RNA测序和单细胞B细胞受体测序(scBCR-seq，图1A)。整合其他已发表的公共数据后，研究最终建立了来自20种癌症的269名患者的477个样本的单细胞转录图谱。经过质量控后，研究共纳入474,718个B细胞的转录数据，以及来自15种癌症的61名供者的共计166,733个细胞的scBCR-seq数据。研究接着识别了15个B细胞亚群(图1B)，其中包括1个naïve B细胞，3个活化B细胞(ACBs)、1个Bm、3个GC B细胞和2个ASCs(图1C)。接下来研究观察到TIBs比非肿瘤浸润B细胞含有更多的IGHG和IGHA，而血液中B细胞富含IGHD和IGHM(图1D)。研究通过比值比(OR)分析也观察到HSP+ B细胞、EGR1+ ACBs和浆母细胞(PBs)表现出强烈的肿瘤倾向性；MT1X+ B细胞、循环GC B细胞、前GC B细胞、GCLZ、GCDZ和IFIT3+ B细胞在淋巴结转移中显著富集；TCL1A+ naïve B细胞和DUSP4+ AtM B细胞在血液中最高；MZB1+ 浆细胞(PCs)在癌旁组织中占优势(图1E)。TIBs也被观察到具有显著更多的IGH突变，GC B细胞和两个ASC亚群也表现出肿瘤特异性克隆扩增(图1F)。 ![]()
文章接着对终末分化B细胞ASCs的异质性进行了分析。研究首先在ASC区域识别了10个具有特定基因特征和组织分布的PC亚群(图2A和B)。其中，PC04、PC05和PC08在肿瘤中占优势，PC09和PC10在癌旁正常组织中聚集，PC02在淋巴结转移中普遍存在；PC01和PC07也在淋巴结转移和血液中富集程度相似；PC03在在淋巴结转移和肿瘤中分布相当，PC06也相似地分布在肿瘤和癌旁组织中(图2C)。研究接着基于BCR克隆共享和无监督聚类发现AtM和Bm细胞是两个主要的与ASCs共有克隆的B细胞，这表明ASCs可能起源于肿瘤微环境(TME)中经典GC和替代EF路径(图2D)。为了验证这一点，研究分选了来自肝细胞癌(LIHC)患者的肿瘤浸润的naïve B、Bm和AtM B细胞，并使用体外B细胞分化方法进行刺激，结果观察到AtM B细胞分化为ASCs的效率高于naïve B细胞，但低于Bm细胞(图2E和F)。研究还发现preGC, GC循环,和GCLZ B细胞与PBs分享BCR，IFIT3+ B、HSP+ B和EGR1+ ACBs也与PBs共享BCR(图2G)。此外，研究也观察到尽管GC和EF路径具有明显的患者和癌症类型偏好，但这两种路径在个体患者和癌症中均可观察到，这表明GC和EF反应是ASCs分化的普遍路径(图2H)。进一步研究观察到肿瘤EF来源ASCs的体细胞高突变(SHM)显著低于GC来源的ASCs(图2I)。EF来源的ASCs也含有高干扰素诱导的免疫球蛋白G (IgG)，以及更高的IGHM富集，且在癌旁组织和血液中没有发生转换重组(CSR，图2J)。GC来源的ASCs也在肿瘤、癌旁和血液中表现出显著较高的扩增和CSR(图2K)。研究推断分化状态后观察到GC来源的ASCs倾向于处在终末分化阶段，EF来源的ASCs则处于早期阶段(图2L)。研究也揭示了EF和GC来源ASCs间的BCR库和转录特征的差异，突出了它们在抗肿瘤反应中的独特作用(图2M)。![]()
文章接着分析了调控EF和CG路径的因素。研究基于配对的scRNA-seq和scATAC-seq数据分析TIBs，结果观察到8个B细胞亚群，包括naïve、ACBs、Bm、AtM、GC和PC亚群(图3A-C)。研究通过分析TF也确定了B细胞亚群间共享和特异的调控模式(图3D-F)。这些结果揭示了一个动态的表观调控网络，该网络在癌症生态系统中能够对B细胞的分化和选择进行微调(图3G)，这些结果也证明了TF在调控EF和GC路径平衡方面的基本作用。![]()
图3 人类癌症中EF和GC路径的单细胞表观基因组图谱文章接着分析了EF路径主要祖细胞AtM B细胞的表型和功能。研究首先观察到肿瘤浸润的AtM B细胞中CD27、CD38、IRF8和SDC1的表达降低，同时与Bm细胞相比PRDM1、IRF4和XBP1的表达增加，XBP1是已知的能够抑制B细胞增殖并促进向ASCs分化的基因，这些结果表明AtM具有向ASCs分化的潜能(图4A)。此外，研究也观察到AtM B细胞也高表达BCR信号(SYK)、免疫调节和激活基因(图4B)。研究也观察到来自AtM B细胞的ASCs能够产生较高水平的自身抗体(图4C)。接下来研究通过伪时序轨迹分析也发现AtM和GC B细胞在两个独立的分支上完全分离，起始分支为naïve B细胞，末端分支为AtM(路径1)和循环GC B细胞(路径2)(图4D)。沿着这一轨迹，高亲和力特征评分和CD24、CD38、SELL在路径2中逐渐上调，而低亲和力和耗竭相关特征评分相关基因在路径1中相应上调(图4E)。总的来说，这些结果表明AtM和GC B细胞经历了独立的发育过程，进而衍生出EF和GC ASCs。![]()
文章接着分析了三级淋巴结构(TLSs)与TIBs尤其是AtM B细胞间的空间结构和关系。文章首先筛选了来自LIHC和COAD不同TLS的全组织切片，接着根据T和B细胞的细胞数量以及fDC染色将TLSs分为四个阶段(图5A)，结果观察到AtM B细胞显著富集于未成熟的TLSs，而Bm主要位于成熟的TLSs(图5B和C)。研究接着在空间上计算了AtM B细胞在TLSs或滤泡内外的密度以及AtM B细胞到界面的距离，结果观察到AtM B细胞主要位于未成熟TLSs的中心(图5D和E)。此外，研究也观察到AtM B细胞与PD1Hi耗竭T细胞呈正相关(图5F)。研究通过配体受体分析细胞互作也观察到PD1HiCD4+ Tph细胞和AtM B细胞间存在交互，这一结果表明PD1HiCD4+ Tph细胞在促进AtM B细胞分化方面具有潜在作用(图5G)。研究通过分析已发表的空间转录组学数据集也观察到CD4+ PD1Hi Tph和AtM B细胞在TLSs中呈正相关(图5H和I)。与非TLS区域相比，在靠近AtM B细胞的TLS区域也观察到CD4+ PD1Hi Tph细胞密度和频率显著较高(图5J和K)。为了验证这一点，研究分选了LIHC浸润的PD1HiCD4+ 外周辅助T细胞(Tph)、辅助性T细胞(Th)和调节性T (Treg)细胞，并与健康供者的外周总B细胞或分选的naïve B细胞共培养(图5L)，结果发现Tph细胞比Th和Treg细胞更有效地诱导AtM B细胞分化，而IL-21R阻断显著减弱了这一作用(图5M)。总之，这些数据表明肿瘤浸润的Tph细胞显著促进了AtM B细胞的分化。![]()
图5 AtM B细胞聚集在未成熟的TLS中由Tph通过IL-21-IL-21R轴诱导6.谷氨酰胺代谢建立了EF AtM B细胞的表观遗传特征并影响患者临床结局文章接着研究了机制上驱动EF和GC路径响应的因素。研究首先计算Bm和AtM B细胞的代谢通路评分，结果观察到谷氨酰胺、谷氨酸和鞘脂代谢在肿瘤浸润的AtM B细胞中上调，而花生四烯酸代谢在Bm细胞中显著上调(图6A)。因此，研究假设谷氨酰胺代谢可能在TME启动EF反应中起潜在作用。为了验证这一假设，研究从健康血液中收集B细胞，并用R848 (TLR7激动剂)、IFNg和谷氨酰胺刺激这些细胞，结果观察到谷氨酰胺显著诱导AtM分化，而谷氨酰胺酶(GLS)抑制能够显著减弱AtM分化(图6B和C)。此外，研究也监测了谷氨酰胺刺激下B细胞的氧消耗率和三磷酸腺苷(ATP)生成，结果观察到整体线粒体呼吸和糖酵解减少(图6D)。这表明谷氨酰胺可能重塑B细胞的代谢特征，从而使B细胞向AtM B细胞分化。接下来研究分析了13C标记的谷氨酰胺经过R848处理后的代谢命运，结果发现谷氨酰胺被催化生成谷氨酸，并进入三羧酸(TCA)循环(图6E)。此外，研究也观察到谷氨酰胺衍生的α-酮戊二酸(a-kg)可以直接调节AtM分化(图6F)。研究通过分析ATAC-seq和RNAseq数据也发现谷氨酰胺处理的B细胞存在稳定的AtM激活(图6G)。通路富集分析也再次证明了这一结构(图6H)。此外，研究也发现与Bm和naïve B细胞相比，肿瘤浸润的AtM B细胞中phospho-mTORC1及其下游靶点的水平显著增加，这表明mTORC1信号通路可能参与谷氨酰胺的调控(图6I和J)。研究也发现抑制mTORC1通路能够显著降低谷氨酰胺刺激下的AtM分化(图6K和L)。接下来，研究使用谷氨酰胺将外周B细胞诱导为AtM，并在体外与外周CD3+ T细胞共培养，结果发现AtM B细胞可以降低扩散CD4+和CD8+ T细胞(图6 M)，并影响T细胞产生IFNg、肿瘤坏死因子的能力(图6N)。最后，研究分析了Bm和AtM B细胞在癌症中的预后价值，结果发现Bm细胞与良好预后相关，而AtM B细胞与较差的生存期相关(图6O)。此外，在已发表的抗PD1治疗的黑色素瘤和肺癌队列中，也观察到AtM B细胞的丰度与治疗耐药显著相关，而Bm细胞与改善的应答和更长的生存期相关(图6P和Q)。总之，这些结果表明，EF来源的B细胞与不成熟的TLSs和耗竭的T细胞相关，导致某些癌症的免疫治疗耐药和预后不良。![]()
图6 谷氨酰胺促进AtM B细胞分化获得免疫调节功能到这里文章的主要内容就介绍完了。总结一下，该文章整合了泛癌的单细胞转录数据、BCR数据和基因组等多组学数据，全面绘制了人类泛癌B细胞图谱，并从多个角度刻画了肿瘤浸润B细胞的异质性、调控机制，以及动态分化路径的潜在机制。该文章为研究癌症B细胞提供了重要参考，也为基于B细胞改善肿瘤免疫治疗提供依据及思路。更贴合临床的生信分析定制
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