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科研進展

Nature Communications| 張昱實驗室首次在單細胞水平系統性地描繪了乳腺癌浸潤B細胞圖譜

發布時間:2021/04/14
2021年4月12日,北京生命科學研究所/清華大學生物醫學交叉研究院張昱實驗室在《Nature Communications》雜志在線發表題為“Atlas of breast cancer infiltrated B-lymphocytes revealed by paired single-cell RNA-sequencing and antigen receptor profiling”的文章。該研究首次在單細胞水平系統性地描繪了乳腺癌浸潤B細胞圖譜,描述了乳腺癌浸潤B細胞的13個亞群及其功能,并通過B細胞受體(BCR)序列分析揭示腫瘤中浸潤B細胞可能來自于原位memory B細胞與腫瘤抗原接觸后的不斷分化,發現腫瘤浸潤B細胞與乳腺癌患者的預后存在很好的正相關性。
近年來,旨在治療腫瘤的免疫療法的出現極大地提高了腫瘤患者的生存周期。但是,在臨床表現上,并非所有的腫瘤患者都對免疫治療有響應。如何使得免疫治療更有效是現在亟待解決的問題。已有許多研究為此提供了多種潛在的解決方案。然而,這些研究主要側重于探究腫瘤浸潤T細胞在免疫治療中發揮的功能。不容忽視的是,腫瘤浸潤的免疫細胞中除T細胞外,還有眾多其他細胞類型,例如隸屬于天然免疫系統的巨噬細胞,樹突狀細胞,NK細胞和同樣隸屬于適應性免疫系統的B細胞等。近年來,腫瘤中的其他細胞組分對于免疫治療的影響也逐漸受到重視。
B細胞作為組成免疫系統的重要組分之一,其主要通過分泌抗體,細胞因子,趨化因子或呈遞抗原等途徑行使功能,但是,其在腫瘤發生過程中所扮演的角色在不同研究中存在爭議。以乳腺癌為例,當研究者利用B細胞的經典標記物CD20來評估腫瘤浸潤B細胞與乳腺癌患者預后之間的關系的時候,在不同研究中得到了互相矛盾的結論。造成這種爭議的一個可能原因是不同乳腺癌病人腫瘤浸潤B細胞亞群存在區別,而不同B細胞亞群可能行使不同功能。
本研究利用單細胞轉錄組測序結合單細胞BCR測序分析了10例乳腺癌病人的腫瘤浸潤免疫細胞,并有對應的外周血來源的免疫細胞作為對照。10例病人中有6例是三陰性乳腺癌(TNBC),3例Luminal-A乳腺癌和1例HER2乳腺癌。由于TNBC中的浸潤B細胞含量顯著高于其他乳腺癌亞型,為了避免不同乳腺癌亞型之間潛在的異質性,我們著重分析了TNBC中浸潤的B細胞。通過單細胞轉錄組數據的分析,大體上B細胞可分為四類,na?ve B細胞,memory B 細胞,plasma B 細胞和一類CD14陽性的B細胞,其中腫瘤浸潤B細胞主要為memory B細胞。在單細胞BCR測序數據中,外周血B細胞中germline BCR比例更高,IgM和IgD比例也相對更高,而在腫瘤浸潤B細胞中,我們檢測到更多的體細胞高頻突變(somatic hyper mutation, SHM)和更高的B細胞克隆性。為了探究腫瘤中浸潤B細胞的來源,我們結合了單細胞轉錄組數據和單細胞BCR數據,分析發現腫瘤中浸潤B細胞極有可能是由原位memory B細胞不斷分化而來。

圖1. a. TNBC病人中4個B細胞亞群的tSNE圖展示;b. marker基因表達情況;c. 4個B細胞亞群在PBMC和TNBC組織中分布;d.熱圖展示4個B細胞亞群之間的相同 IGH germline 次數(上)和相同IGH序列次數(下)


利用單細胞轉錄組數據,我們進一步將B細胞分為13群, na?ve B cells (C1 and C2), IgM+CD27+ memory B cells (C3, C4, C6, and C7), IgM+CD27- atypical memory B cells (C5), class-switched memory B cells (C8,C9, and C10), plasma cells (C11), germinal center B cells (C12) 和 CD14+ atypical B cells (C13)。并且通過免疫組化證實了Germinal center B細胞和腫瘤浸潤淋巴結結構的存在。在乳腺癌浸潤B細胞中,我們并未檢測到分泌IL10的調節性B細胞。通過GSEA分析,我們發現腫瘤浸潤B細胞可能主要通過呈遞抗原或分泌抗體的形式行使功能。