撰文
胥加斌
指导
廖贵清
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罗文浩
基因的研究揭示了人类肿瘤的突变、异常调控程序和疾病亚型。然而，这些研究限制了其研究肿瘤内部异质性的能力。大量证据表明，恶性和非恶性细胞之间的异质性及其在肿瘤微环境(TME)中的相互作用对肿瘤生物学的研究至关重要。
年12月，医院及哈佛大学的研究团队在?Cell?杂志上发表的一篇文章"Single-CellTranscriptomicAnalysisofPrimaryandMetastaticTumor?Ecosystems?inHeadandNeckCancer"中，发现头颈部肿瘤中包含表达部分上皮间质转化（p-EMT）程序的细胞，它们位于肿瘤的进展前缘，更容易发生侵袭和淋巴结转移。
IF:38.JCR分区：Q1
01
原发肿瘤和转移瘤的单细胞表达图谱
质量控制后，保留来自18名患者的5,个细胞的单细胞转录组数据。通过拷贝数变异（CNV）和上皮Marker表达情况来区分出个恶性细胞和个非恶性细胞。对个非恶性肿瘤细胞进行聚类，注释为T细胞，B细胞，巨噬细胞，树突状细胞，肥大细胞，内皮细胞，成纤维细胞和肌细胞八个类别。每个类均含有来自不同患者的细胞，表明肿瘤微环境（TME）中的细胞类型和表达状态在HNSCC肿瘤中基本一致。
与非恶性细胞相比，恶性细胞根据其起源的肿瘤聚类。超过个基因优先在个体肿瘤中表达。差异表达的基因与应激（例如JUNB，FOSL1）或免疫激活（例如IDO1，STAT1，TNF）有关，可能对不同的TME有反应。因此，肿瘤间恶性细胞表达异质性反映了研究者队列中肿瘤之间遗传学，亚型和TME的差异。
?图1｜原发肿瘤和转移瘤的单细胞表达图谱
02
恶性细胞的基因特征
研究者使用非负矩阵分解来揭示在恶性细胞亚群中得到优先共同表达的一系列基因。例如，对于MEEI25恶性细胞，研究者定义了6个不同的基因特征。对10个肿瘤样本中的每一个都应用该方法，共定义了60个基因特征。接下来，研究者使用层次聚类来将这些60个特征提取元特征，这些元特征反映了在多个肿瘤内变化的常见表达程序。共提取出7个表达程序。研究者注意到其中一个表达程序包含与ECM相关的基因，并具有EMT的特征，命名为pEMT程序。
?图2｜恶性细胞的基因特征
03
p-EMT细胞定位于靠近CAF的前沿
研究者使用免疫组织化学染色在p-EMT程序（PDPN，LAMC2，LAMB3，MMP10，TGFBI和ITGA5）中的顶部基因的肿瘤集合，以及HNSCC标记物p63。这些实验揭示了一组恶性细胞共同染色的p-EMT标记物，并定位到与周围基质紧密贴合的肿瘤的前缘。缺乏每个scRNA-seq的p-EMT程序的肿瘤不染色这些标记物。相反，上皮分化标志物（SPRR1B，CLDN4）在肿瘤的核心染色了一组不同的细胞，这与scRNA-seq数据中这些程序之间的负相关性一致。
将p-EMT程序定位于前沿使研究者考虑其与TME的相互作用，如配体受体信号传导。研究者推测基于一种细胞类型的配体和另一种细胞类型的相应受体的表达推定的肿瘤-基质相互作用。这个预测的“外向”信号以相似的比例从恶性细胞向各种TME细胞类型发出信号。相反，当研究者考虑对恶性细胞“传入”信号时，CAFs表达显著更高数量的对应于受恶性细胞表达的受体的配体。
?图3｜p-EMT细胞定位于靠近CAF的前沿
04
将TCGA数据库HNSC样本改良分型
研究者接下来考虑了从scRNA-seq数据鉴定的恶性和间质表达程序的一般性和预后意义。最近的TCGA研究分析了数百个HNSCC肿瘤的表达谱，并将它们分为四个亚型：基础型，间充质型，经典型和非典型型。研究者接下来考虑了从scRNA-seq数据鉴定的恶性和间质表达程序的一般性和预后意义。最近的TCGA研究分析了数百个HNSCC肿瘤的表达谱，并将它们分为四个亚型：基础型，间充质型，经典型和非典型型。研究者设计了计算方法，从TCGA分布中减去非恶性细胞的影响，推断了每种TCGA肿瘤的恶性细胞特异性内在表达谱。推断的恶性细胞特异性表达的分析消除了间充质亚型，同时维持其他三个亚型。先前被归类为间充质的肿瘤被发现是先前描述的基底亚型（现称为“恶性基底”）的一部分。研究者建议可以将HNSCC肿瘤细化为恶性细胞的三种亚型（恶性基底，典型和非典型）。
05
p-EMT预测转移和不良病理学特征
纳入TCGA数据使研究者能够在更大的队列中研究pEMT程序的普遍性和重要性。TCGA中恶性基底肿瘤中的pEMT评分最高。恶性基底型TCGA肿瘤的主成分分析显示前两个成分与pEMT基因的表达相关。Bulk测序分析定义的pEMT程序与单细胞测序分析所定义的高度一致。因此，研究者认为pEMT程序表达的差异是HNSCC肿瘤中肿瘤间变异性的主要来源。
?图4｜p-EMT预测转移和不良病理学特征
总之，高pEMT评分与淋巴结转移、更高的淋巴结分期、肿瘤分级、囊外扩散及淋巴管浸润有关。pEMT程序比TCGA间质程序或常规EMT基因更能预测淋巴结转移和局部浸润。pEMT评分有助于预测淋巴结转移，从而降低不必要的颈淋巴切除发生率。
原文：
DOI:?10./j.cell..10.
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李政诗
初版编审
?杨乐梁玉洁
审核发布?
?廖贵清
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