单细胞+空间组学技术助力化疗耐药性机制研究

编者按

化疗耐药性可归因于肿瘤内的细胞-细胞网络，癌细胞与其他非癌细胞（癌症相关成纤维细胞，CAFs）通过细胞间相互作用，从而获得化疗耐药性。因此，了解肿瘤内异质性和耐药性癌细胞的细胞-细胞网络对于确定化疗耐药性机制及治疗靶点至关重要。

卵巢透明细胞癌（OCCC）是一种预后不佳的妇科癌症，对于该疾病化学耐药性的机制尚不清楚。本研究通过结合单细胞和空间转录组学分析，综合分析肿瘤微环境以及癌症-非癌细胞间的相互作用网络，确定了一个化疗耐药性亚群HIF+OCCC亚群，该亚群定位于CAF聚集区，并与HIF-1ɑ激活相关。利用共培养技术，确定了HIF+癌细胞与癌症相关成纤维细胞（CAF）之间的反馈激活能够增强卵巢透明细胞癌的化疗耐药性。

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文章题目：Targeting PDGF signaling of cancer-associated fibroblasts blocks feedback activation of HIF-1ɑ and tumor progression of clear cell ovarian cancer

发表时间：2024.04

期刊名称：Cell Reports Medicine

影响因子：11.7

实验平台：10x 单细胞核测序（snRNA-seq）；10x visium；多重免疫染色；共培养技术

DOI：10.1016/j.xcrm.2024.101532

Fig.1 技术路线

 单细胞空间研究内容概述 

首先选择化疗敏感患者（n=5, OCC-S1–5）和化疗耐药患者（n=5, OCC-R1–5）进行单细胞核测序，共鉴定了4种主要的细胞类型，包括上皮癌细胞、CAFs、内皮细胞和免疫细胞。接下来，为了确定是否存在与化疗耐药相关的癌症亚群，研究者进一步对上皮癌细胞群进行聚类分群，将EpCAM+肿瘤群体分为6个亚群：Cancer#1-6。其中Cancer#2亚群生存期明显，与化疗抑制相关及不良预后联系有关。

Fig.2 snRNA-seq

接下来，研究者利用10x Visium空间转录组技术确定Cancer#2亚群的空间定位（样本：化疗耐药患者样本（OCC-R2）；化疗敏感患者（OCC-S3））。首先通过上皮癌细胞、CAFs、内皮细胞和免疫细胞的特异性marker空间表达结合降维聚类分群结果，将组织分为肿瘤细胞主导区域、CAF细胞主导区域以及混合区域，并与H&E染色结果中的癌细胞和CAFs细胞区域分布基本一致。然后通过STAR Methods整合单细胞空间数据，获得不同细胞亚群在每个spot点中的得分，结果显示Cancer#2亚群主要分布在肿瘤细胞和CAF细胞混合区域。这也与snRNA-seq结果一致，也说明了Cancer#2亚群和化疗耐药性之间的关联。

此外，研究者还发现化疗耐药肿瘤中HIF-1ɑ+癌细胞定位于CAF细胞附近。通过前人研究中的特征性marker，将CAF细胞亚群进一步分成不同亚群，发现myCAF的数量增加并且与化疗耐药有关。以上研究说明，HIF-1ɑ+肿瘤细胞与myCAF细胞共同构成了化疗耐药相关的癌症微环境。

Fig.3 10x Visium空间转录组测序

文章小结

本研究通过结合单细胞分析和空间转录组学综合分析OCCC肿瘤微环境以及癌症-非癌细胞间的相互作用网络，从而确定化疗耐药性。研究鉴定了一个化疗耐药性亚群HIF+癌细胞亚群，主要定位于CAF聚集区，并与HIF-1ɑ激活相关。利用共培养技术，确定了HIF+癌细胞与癌症相关成纤维细胞（CAF）之间的反馈激活能够增强卵巢透明细胞癌的化疗耐药性。