研究背景
前庭神经鞘瘤（VS）是一种源自施旺细胞的良性肿瘤，占原发性颅内肿瘤的8%。由于VS靠近脑干，其生长和治疗可能引发听力损失和面瘫等神经问题。据相关数据显示，VS的终生患病率约为每500人中有1人，主要因偶然发现的无症状肿瘤增多。虽然大多数VS是散发性的，但也与神经纤维瘤病类型2（NF2）有关。尽管NF2基因突变是VS发展的关键，其机制仍不明确。研究表明，NF2产物Merlin的缺失影响多条致癌通路，但靶向抑制剂效果有限，只有贝伐单抗在部分患者中有效，且伴随副作用。因此，研究VS的转录和表观遗传变化对理解其分子机制至关重要。传统研究方法依赖组织学和基因组学分析，但未能详细解析VS肿瘤微环境中的细胞异质性。为解决这一问题，本研究通过scRNA-seq和scATAC-seq深入分析VS的肿瘤微环境和表观遗传状态。相关成果以‘Single-cell multi-omic analysis of the vestibular schwannoma ecosystem uncovers a nerve injury-like state’发表于国际著名期刊Nature Communications (IF=14.7)。
本研究发现支持细胞（SC）表型存在异质性，VS肿瘤施旺细胞（VS-SC）与外周神经损伤中的SC相似。此外，部分肿瘤富含修复样和抗原呈递施旺细胞，而另一些则表现出低表达的转录特征和高表达的非髓鞘施旺细胞标记物。单核细胞/巨噬细胞在VS微环境中最为丰富，其富集与修复样VS-SC比例相关。通过去卷积分析，髓系细胞浸润量高的肿瘤被分类为损伤样，与较大的肿瘤相关。此外，表观遗传分析识别出与外周神经损伤相关的调控转录因子。研究还探讨了VS-SC与髓系细胞的相互作用，以寻找干扰这些相互作用的潜在靶点。综上，该研究对理解VS的发病机制及提出治疗靶点具有重要意义。
文献结果解读
1. 前庭神经鞘瘤（VS）的scRNA-seq和scATAC-seq图谱。
本研究作者首先对15个散发的VS样本进行scRNA-seq，并对其中6个肿瘤进行了配对的scATAC-seq分析。作者经过对单细胞数据进行质控分析后，共获得了112,728个高质量的细胞表达谱和9524个基因，以及用于后续的表观遗传分析的31,578个细胞，每个细胞的平均碎片数为5957。除此之外，作者还对12个肿瘤样本匹配的血液组织进行了全外显子组测序（WES）（图1a-d）。通过对scRNA-seq数据进行聚类分析，结果显示VS中主要由五类细胞组成：施旺细胞（SC）、成纤维细胞、血管细胞（如周细胞和内皮细胞）、免疫细胞（如髓系细胞、T细胞、NK细胞，以及少量肥大细胞和B细胞）和循环细胞（图1c）。进一步在SC细胞群体中发现两种不同聚类，分别与髓鞘形成和非髓鞘身份相关（图1e）。将本次scRNA-seq数据与既往已发表在文献中的scRNA-seq周围神经转录组图谱进行数据整合分析，进一步明确了细胞的分型（图1f）。随后，作者使用配对的scATAC-seq数据进行的分析确认了VS主要细胞类型的保留，使其能够整合转录和表观遗传数据，进一步解析VS的肿瘤微环境（图1d）。
2. VS-SC表达促进神经修复和免疫细胞招募的基因，且该部分基本处于非增殖状态。
研究中确认了数据集中的VS-SC是肿瘤性细胞，虽然在scRNA-seq数据中未能检测到WES中识别的NF2变异，但通过分析单细胞的拷贝数变异，验证了chr22q缺失在肿瘤表现中的存在性（图2a-b）。使用公共数据库中RNA微阵列数据集（GSE14180131,
GSE3964532, GSE10852433)进行分析，结果显示VS-SC在肿瘤中以相较于正常神经的去分化非髓鞘表型为主，且髓鞘相关基因表达减少，可能预示着VS中存在一个处于中间状态的施旺细胞亚群（图2c）。进一步分析确认了多个VS-SC功能状态子簇，其中包括14个VS-SC亚群以及7个核心转录程序，并识别出髓鞘形成、缺氧响应和抗原呈递等基因特征，支持了这些细胞在外周神经损伤后类似修复施旺细胞的表现（图2d-f）。VS-SC的突出特征是下调髓鞘相关基因，上调神经修复和免疫细胞招募相关基因，并保持非增殖状态（图2g）。
3. VS TME中的免疫细胞可能在肿瘤进展中起着关键作用。
本研究观察到VS-SC不强烈表达增殖标记，促使作者重新分析了TME中的细胞组成。结果显示，循环细胞群体中VS-SC和基质细胞相对较少，而免疫细胞则显著增多（图3a）。对所有细胞类型的细胞周期标记评分发现，免疫细胞在S期和G2M期标记上的整体得分较高（图3b）。免疫组化染色进一步验证了这些结果，发现CD45阳性细胞中Ki67阳性的比例明显高于CD45阴性细胞（图3c-d）。这些结果表明，VS TME中的免疫细胞增殖明显，可能在肿瘤进展中起着关键作用。
4. 类损伤型VS与髓系细胞浸润增加相关。
为了对VS TME中的免疫细胞进行更深入的了解，作者通过对每个样本进行核心程序模块评分和无监督层级聚类，发现肿瘤可以分为两组：一组富含修复型和MHC II特征（类损伤型），另一组则富含核心特征（nmSC核心）（图4a-b）。这两组在相关特征的表达上存在明显差异，同时通过免疫组化验证了类损伤型肿瘤中修复型和MHC II VS-SC的富集（图4c-d）。值得注意的是，修复型和MHC II评分与髓系细胞比例增加相关，而核心特征评分则与髓系细胞浸润程度无关。这表明，VS根据肿瘤微环境组成可被大致分为类损伤型和nmSC核心两个组别。
为了更深入地评估更大患者群体中TME的细胞组成，作者采用大规模bulk转录组数据和单细胞RNA测序数据分析。研究发现，不同肿瘤的免疫细胞比例存在显著差异，免疫细胞浸润与髓系细胞比例高度相关，而与T细胞比例弱相关（图4e）。通过无监督层次聚类，肿瘤被分为“类损伤型”和“nmSC核心”两组，其中类损伤型肿瘤具有更低的nmSC比例和更高的髓系细胞浸润（图4f）。nmSC核心组在NF2综合症相关肿瘤中占比过高，且大肿瘤更倾向于被归类为类损伤型，而小肿瘤多为nmSC核心组（图4g）。整体而言，类损伤型肿瘤的组成与较大的肿瘤尺寸相关。
为了进一步探讨类损伤型和nmSC核心型VS-SC在表观遗传学上的差异。通过使用scATAC-seq数据，针对三例类损伤型和三例nmSC核心型肿瘤，作者发现这两组细胞在UMAP空间中的分布存在差异，进一步的差异可及峰分析识别出5616个显著标记峰，表明它们在表观遗传层面上存在显著差异（图4h）。此外，作者还对转录因子结合位点进行了富集分析，识别出与SC相关的转录因子，这与类损伤型VS的修复样表达谱相符（图4i）。其中，通过实验验证得到CTCF在SC分化为髓鞘施旺细胞的过程中起着关键作用，这与nmSC核心型VS中修复样表达谱的降低相符。
5. SC分泌配体可增强单核细胞迁移和增殖，并促进VS的生长。
为了解VS肿瘤细胞在类损伤型和nmSC核心型肿瘤行吧如何与其他细胞群体进行相互作用，作者进行了CellChat分析，结果发现类损伤型肿瘤的细胞间相互作用更为显著，主要由间质细胞和SC驱动（图5a）。重要的信号通路如CCL、HGF和CSF在类损伤型肿瘤中表现出更强的相互作用，其中内皮细胞主要接受这些信号（图5a）。此外，HGF和其受体MET的表达增加，可能促进SC的修复功能（图5b）。作者进一步确认类损伤型VS中的CSF1表达显著高于nmSC核心型VS，并提出VS SC通过CSF1-CSF1R信号促进髓系细胞的迁移和增殖（图5c）。使用SC模型和单核细胞的实验验证了这一假设，结果显示SC分泌的因子能够增强单核细胞的迁移和增殖，可能促进VS的生长（图5d-e）。
主要研究思路
作者通过对15个VS样本进行了scRNA-seq，并配对进行了scATAC-seq（n = 6）和外显子测序（n = 12）。联合分析后识别出了VS TME中多样的施旺细胞、基质细胞和免疫细胞群体，并发现类修复型和MHC-II抗原呈递的施旺细胞与髓样细胞浸润相关，这暗示了类神经损伤的过程。
作者通过对175个肿瘤的RNA表达数据进行拆解分析发现，类损伤型肿瘤与肿瘤体积较大相关，而scATAC-seq识别出了与类损伤型肿瘤中的神经修复施旺细胞相关的转录因子。配体-受体分析和体外实验表明，类损伤型VS-SC通过CSF1信号招募髓样细胞。
本研究表明，类损伤型施旺细胞可能通过招募髓样细胞促进肿瘤生长，并识别出可能成为治疗靶点的分子通路。
研究结果总结
本研究揭示了VS-SCs在神经损伤状态下的功能状态，发现修复样和MHC-II抗原呈递的SCs与髓系细胞浸润相关，为VS治疗提供了潜在的分子靶点；
作者通过单细胞水平揭示了VS-SCs亚群的异质性转录特征，并准确预测了VS-SCs中的chr22q丢失，为VS的生物学提供了重要见解；
本研究首次提出了CSF1信号轴在VS肿瘤进展中的潜在作用，并通过体外模型实验支持了VS-SCs通过CSF1促进单核细胞迁移和增殖的假设。
本研究从多组学联合分析的角度揭示了VS的发病机制，并对VS TEM进行了深入分析，对未来针对VS的靶向治疗提供了理论基础。
[参考文献]
https://www.nature.com/articles/s41467-023-42762-w
