西湖大学谢琦团队利用单细胞转录组学技术揭示了IDH野生型高级别胶质瘤免疫微环境的异质性

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异柠檬酸脱氢酶野生型高级别胶质瘤（isocitrate dehydrogenase wild type glioma, IDH-WT glioma）具有高度侵袭性，患者预后差。目前治疗胶质瘤的标准疗法包括手术切除、放疗和化疗，但这些传统疗法很少能治愈这种疾病。

高级别胶质瘤肿瘤免疫微环境（tumor microenvironment, TME）中通常缺乏肿瘤浸润淋巴细胞（tumor-infiltrating lymphocytes）以及具备有大量的免疫抑制性髓样细胞（immunosuppressive myeloid cells），被认为是一种免疫冷肿瘤，这样的免疫抑制微环境组成使得当前新兴的肿瘤免疫治疗策略在胶质瘤治疗上也难以发挥良好的作用。因此，准确且全面地揭示肿瘤免疫微环境并检测其中的免疫细胞状态和基因表达的动态变化，将为胶质瘤免疫治疗提供新的靶点和策略。

近年来，随着单细胞测序技术的飞速发展，已经能实现对于复杂肿瘤微环境中的免疫细胞状态鉴定以及基因表达的动态变化检测。基于此项技术，多个研究团队已对胶质瘤中不同的肿瘤细胞亚型或是浸润的免疫细胞类型进行了初步分类鉴定。然而，大多数研究都集中在肿瘤细胞与免疫细胞之间的相互作用和影响上，而缺失了不同免疫细胞类型之间的细胞间相互作用所带来的影响。此外，因缺乏相应病人自体的非肿瘤环境中的免疫细胞作为对照组，现存研究也难以细致准确的评估肿瘤细胞特异的免疫调控作用。

近日，西湖大学生命科学学院谢琦研究员，联合浙二医院神经外科祝向东主任、华山医院神经外科秦智勇主任，在Cancer Immunology Research上发表题为“Single-cell transcriptomics reveals the heterogeneity of the immune landscape of IDH-wildtype high-grade gliomas”的研究论文，利用单细胞转录组测序技术，对IDH-野生型高级别胶质瘤肿瘤浸润的免疫细胞和配对的外周血单核细胞（peripheral blood mononuclear cells, PBMC）的免疫景观进行了深入的分析，并且发现了胶质瘤免疫治疗的潜在靶点。

原文链接：

https://aacrjournals.org/cancerimmunolres/article/doi/10.1158/2326-6066.CIR-23-0211/731721/Single-cell-transcriptomics-reveals-the

该项研究整合了九对来自肿瘤组织浸润的免疫细胞及相匹配PBMC的单细胞转录组图景，确定了肿瘤中具备高促瘤发生特征的两个肿瘤相关巨噬细胞（tumor-associated macrophages, TAM）的亚群，以及通过T cell轨迹分析以及体内体外实验验证确定芳基烃受体（aryl hydrocarbon receptor, AHR）是T cell功能障碍的调节因子，并对肿瘤微环境相较于PBMC中存在的独特免疫细胞配体-受体相互作用介导的细胞间通讯进行了鉴定。

该研究对九对高级别IDH-野生型胶质瘤患者的肿瘤组织浸润的免疫细胞以及相匹配的PBMC细胞进行了单细胞转录组测序，分别获得了53,843个肿瘤浸润的免疫细胞和53,229个PBMC单细胞。通过单细胞数据分析，识别了多种淋巴细胞和髓系细胞亚群。

通过GBM肿瘤与PBMC的各个细胞类型的比例计算，该研究揭示了Macrophage和DC在肿瘤浸润的免疫细胞中的比例较高，而T cell, B cell和NK cell的比例则占比较低（图1）。

图1.肿瘤浸润的免疫细胞及其配对PBMC的免疫细胞图谱

该研究进一步对于肿瘤内浸润的两个主要的TAM群体单核细胞来源的巨噬细胞（monocyte-derived macrophages, MDMs）和脑内小胶质细胞（brain-resident microglia, MG）进行分析。

MDMs和MG可进一步聚类为三个亚群，其中MDM-1高表达干扰素相关基因（IFITM3、ISG1、TNF和LY6E），MDM-2高表达抗原呈递相关基因（HLA-DMA、HLA-DMB和HLA_DQA2），而MDM-3高表达缺氧反应基因（MIF、ENO1、ALDOA、LDHA和EPAS1）；MG-1高表达趋化因子相关基因（CCL4、CCL4L2、CCL3、CCL3L1和SPP1)、MG-2高表达应激反应基因（HSPA6、HAPA1A、HSPA1B和DNAJB1）和MG-3则高表达干扰素相关基因（IFI27、IFI6、MIX1和IFI44L）。

通过在不同的TAMs亚群中评估血管生成和吞噬基因表达，该研究发现MDM-3和MG-1中表现出较强的血管生成特征，而MDM-1和MG-3中表现出较高的吞噬作用特征。

图2.TAMs的亚群分类以及功能通路富集

基于对于肿瘤内浸润的CD8+T cell的轨迹分析，该研究发现转录因子AHR在CD8_Stress态和CD8_Exhaustion 俩终末端状态中均高度表达。该研究进一步通过在CRISPR/Cas9 技术敲除CAR T细胞中的AHR，体内和体外实验验证了敲除AHR可以抑制T细胞的耗竭，上调IFNγ分泌，从而增加其对于胶质瘤的杀伤能力，延长菏瘤小鼠的中位生存期，提示AHR可以作为改进胶质瘤的CAR T疗法的潜在靶点。

图3.AHR敲除促进T cell的抗肿瘤能力

综上所述，该研究描绘了IDH野生型高级别胶质瘤浸润的免疫细胞和其配对的PBMC的免疫景观的异质性，为改进胶质瘤的免疫治疗策略提供了新的线索。

西湖大学谢琦研究员、浙二医院神经外科祝向东主任、华山医院神经外科秦智勇主任为共同通讯作者，西湖大学博士后冉晓娟、博士研究生夏真，浙二医院郑建，华山医院陈灵朝为本文共同第一作者。该项研究得到了国家科学自然基金、西湖教育基金、西湖实验室的支持。

西湖大学谢琦课题组一直从事肿瘤干细胞以及其所在的肿瘤微环境互作的相关研究，从表观遗传学，转录调控水平，翻译后修饰水平以及代谢水平对其进行了系统性研究，取得了一系列的研究成果，研究成果以第一作者或通讯作者身份发表在Cell, Cancer Discovery, Immunity, Nature Neuroscience，Cell Research, Journal of Clinical Investigation等国际著名杂志上，并多次应邀在干细胞领域顶级杂志Cell Stem Cell 上发表评述和综述文章，详情见实验室主页：https://xieqi.lab.westlake.edu.cn/。欢迎优秀的博士研究生和博士后人才加入我们的研究团队推动相关课题。有意者可以email谢琦博士（xieqi@westlake.edu.cn），长期有效。