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1. 技术上，该研究使用了3种生物信息学方法，包括Seurat分析、MIA和RCTD，并整合了单细胞测序（SC）和空间转录组学（ST）数据，使聚类注释更有说服力，能够进行全面和无偏倚的组织分析，观察到侵袭肌肉的恶性细胞发生了上皮-间充质转化（EMT），并表现出肌上皮样表型。
2. 临床上，该研究结果强调了肌肉侵袭作为头颈部鳞状细胞癌（HNSCC）患者的预测标记物的重要性，并提出了G0S2作为潜在的治疗靶点，这可能对开发新的治疗策略以抑制HNSCC转移的启动具有重要意义。
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题目：肌肉侵袭环境下HNSCC细胞的表型重塑
杂志：Journal of Translational Medicine
影响因子：6.1
发表时间：2024年10月
公众号后台回复“666”领取原文PDF，文献编号：20241108
研究背景
在头颈部鳞状细胞癌（HNSCC）中，肿瘤侵犯肌肉往往与破坏性生长和不良预后相关。然而，肌层浸润癌细胞在肿瘤进展中的表型功能和病理机制仍不清楚。本研究旨在探讨HNSCC中肌层浸润癌细胞的表型功能，以及它们与肿瘤微环境的潜在交互作用。
数据来源
人类HNSCC样本的scRNA-seq数据（SC）来自GEO数据库（GSE103322 、GSE181919）；空间RNA-seq数据（ST）来自GEO数据库（GSE208253、GSE181300）；转录组学数据来自来自GEO数据库（GSE42743、GSE41613 ）。TCGA-HNSC数据集来自TCGA数据库。
研究思路
首先，通过单变量和多变量Cox分析，以研究肌肉侵犯对HNSCC预后的影响，并在另外的队列中进行验证。其次，利用Seurat分析、MIA和RCTD方法，通过整合SC和ST数据，识别和表征了肌层浸润癌细胞簇，包括它们的表型功能和转录特征。最后，通过体内外实验进一步验证结果。
主要结果
1.在HNSCC中鉴定特定的肌肉侵袭细胞群
通过TCGA-HNSC队列分析发现，肌肉侵袭是HNSCC患者的不良预后因素。利用空间转录组学（ST）数据分析识别出HNSCC中特定的肌肉侵袭细胞群。通过对肌肉侵袭区域（RMI）和非肌肉侵袭区域（Non-RMI）的差异表达基因（DEGs）分析发现，RMI区域的基因表达包括角化相关基因、侵袭相关基因、骨骼相关基因（图1）。以上结果表明，RMI中的上皮细胞是参与肌肉侵袭的癌细胞。
图1 利用ST数据鉴定HNSCC中特定的肌肉侵袭细胞群
2. RMI基因特征与HNSCC患者预后不良相关
通过富集分析、单样本基因集富集分析（ssGSEA）、基因集变异分析（GSVA），结果表明，RMI中的癌细胞表现出增强的细胞运动性、细胞外基质（ECM）通讯和骨骼重塑。通过分析ST数据分析、DEG分析，确定了28个RMI基因特征。根据Reactome分析、特征评分、生存分析等，结果证实了RMI特征在预测HNSCC患者的肌肉侵袭和预后方面具有重要价值（图2）。
图2 RMI基因特征与HNSCC患者预后不良相关
3. 通过SC与ST数据整合鉴定肌肉侵袭性细胞群
通过单细胞分析将细胞分为恶性细胞、内皮细胞、成纤维细胞、单核细胞、肥大细胞、T细胞、B细胞和肌细胞；通过AUCell分析将细胞注释为“活性簇”细胞或“非活性簇”细胞。通过UMAP图分析表明，活性簇细胞之间具有相似的转录组学特征。通过进一步验证活性簇中的RMI细胞组成，结果表明，活性簇具有最多的基质细胞邻居，包括成纤维细胞、内皮细胞和肌细胞（图3）。以上结果表明，活性簇细胞侵入了肌间期。
图3 通过SC与ST数据整合鉴定肌肉侵袭性细胞群
4. 肌肉侵袭性癌细胞表现出EMT和肌上皮样转录程序
通过DEG分析显示，活性簇表现出典型间充质标志物、基质降解和弹性酶、细胞因子相关基因的表达增加，表明活性簇促进细胞迁移和肿瘤转移。通过预后分析、GSVA、基因本体论（GO）分析、转录调控网络分析等，结果表明，肌肉侵袭性癌细胞含有上皮-间充质转化（EMT）和肌上皮样转录程序，并与患者预后不良相关。通过DEG分析显示，G0S2是活性簇中上调最多的基因之一；通过免疫组织化学（IHC）成像显示，G0S2主要在肌肉侵袭性HNSCC癌细胞中表达。通过UMAP图分析、其他数据集验证结果表明，G0S2在肌肉侵袭性HNSCC细胞中特异性表达（图4）。通过mIHC分析、全切片扫描图像、定量分析等，确定了G0S2作为区分肌肉侵袭性恶性细胞的新标记物，它可能促进EMT的改变和获得肌上皮样表型。
图4肌肉侵袭性癌细胞表现出EMT和肌上皮样转录程序
5. G0S2对癌细胞的影响
通过体内外实验发现，G0S2的过表达显著促进了癌细胞的增殖、迁移和侵袭能力。通过mIHC分析、CAM实验、细胞间通讯分析等结果表明，G0S2+活性细胞簇可能通过VEGF信号通路吸引ECs，从而触发HNSCC转移（图5）。
图5 G0S2 + 癌细胞与内皮细胞的相互作用
文章小结
该研究通过整合单细胞谱和空间转录组揭示了HNSCC中的肌肉浸润癌细胞群，确定了G0S2在肌肉浸润中起关键作用，并可作为患者的预测标志物。在机制上，G0S2+癌细胞可能通过VEGF信号通路吸引内皮细胞来增强肿瘤内流。对单细胞测序、空间转录组学分析感兴趣的朋友，可以考虑复现这篇文章！如果在思路设计和分析技术上遇到困难，欢迎联系老方~
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