烈冰生物合作伙伴上海交通大学医学院附属仁济医院薛婧团队于近期在Cancer Cell 期刊发表了题为：Tumor cell-intrinsic epigenetic dysregulation shapes cancer-associated fibroblasts heterogeneity to metabolically support pancreatic cancer 的研究论文。作者基于临床数据以及小鼠肿瘤模型的单细胞转录组测序数据，鉴定出一类独特的富脂型CAF亚群，并详细解析了SETD2缺失型的胰腺肿瘤调控CAF异质性、以及富脂型CAF如何促进肿瘤细胞代谢重塑的交互机制。烈冰生物参与了本研究中的单细胞测序实验和数据分析工作。

发表日期：2024年4月

发表期刊：Cancer cell

影响因子：IF=50.3

1研究背景

胰腺导管腺癌（PDAC）是一种高度致命的实体瘤，肿瘤相关成纤维细胞（CAFs）在胰腺癌的免疫微环境中含量丰富，在起源、表型和功能上表现出显著的异质性，包括iCAF（炎症成纤维细胞）、myCAF（肌成纤维细胞） 和 apCAF （抗原呈递类成纤维细胞）。不同的CAF亚群通过细胞因子和代谢物的分泌影响肿瘤和免疫细胞，尽管CAF异质性受到肿瘤细胞和TME信号的空间调控，但肿瘤内在因素，特别是表观遗传失调，对CAF表型和功能多样性的影响仍然不清楚。

组蛋白甲基转移酶SETD2，其突变或拷贝数变异（CNV）在各种肿瘤类型中普遍存在。过去几年，研究团队围绕SETD2，在胰腺癌中开展了全面探索，并发现SETD2缺失的胰腺肿瘤细胞通过招募和重塑中性粒细胞而有效抑制杀伤性T细胞的策略（Niu N, et al. Advanced Science，2023）。因此，在本研究中作者进一步的探索了SETD2缺失对胰腺肿瘤CAF异质性的影响及其在肿瘤代谢中的作用。

2实验设计

实 验 分 组

      SETD2野生型（Pdx^cre；LSL-Kras^G12D，KC）：SETD2缺陷型（Pdx^cre；LSL-Kras ^G12D；SETD2 ^f/f；KSC）=4：3（10周龄）；

      采样组织：小鼠胰腺肿瘤

单 细 胞 捕 获 平 台

      10X Genomics平台

主 要 技 术 手 段

      单细胞转录组(scRNA-seq)测序、基因工程小鼠模型（GEMM）、代谢功能分析等

Novelbrain云平台分析工具

      细胞聚类分析、SubCluster分析、差异基因表达分析、GO/Pathway分析、拟时序(Pseudotime)分析、GSEA基因集富集分析、细胞通讯分析、SCENIC分析

3主要研究结果

01 单细胞测序初步分析与细胞类型确认

      首先，基于胰腺癌的TCGA和QCMG临床数据库进行分析，研究者发现SETD2缺陷型胰腺癌样本中线粒体氧化磷酸化（OXPHOS）显著增强，这一现象有别于以KRAS和TP53突变为主的胰腺肿瘤样本。

      接着，研究者对来自小鼠模型的胰腺肿瘤组织进行单细胞测序分析。为了保证后续分析的可靠性，研究者与烈冰的生信团队对数据进行严格的质控，通过细胞聚类分析共鉴定6个细胞大类，共计6,190个细胞。包括腺泡细胞和导管细胞、内皮细胞、成纤维细胞、巨噬细胞、中性粒细胞以及T细胞和NK细胞。

为了进一步分析腺泡（acinar）和导管（ductal）细胞的细微差异，研究者对其进行细胞重聚类分析得到了5个亚群。其中，一个表达Amy2和Prss1标记基因的腺泡细胞亚群占主导地位，代表了超过一半的细胞；此外，一个定义为腺泡-导管化生（ADM）的亚群共同表达了腺泡和导管标记基因（Sox9、Krt19和Epcam）；三个细胞亚群仅表达导管标记（ductal #1、#2和#3）。拟时序分析结果揭示了从腺泡到ADM的主要时间轨迹，分化成不同的导管细胞亚群，特别是ductal #2和#3。其中，Ductal #3主要来自于SETD2缺陷型（KSC）肿瘤。

      此外，GO富集分析结果显示炎症反应、脂质代谢过程、OXPHOS和细胞分化在ductal #3中尤为显著。SCENIC分析加强了这些发现，表明在ductal #3中富集了与干细胞特性相关的转录因子。一致地，GSEA分析确认了来自KSC肿瘤OXPHOS和脂肪酸代谢在导管恶性细胞（ductal #1、#2和#3）中的富集。最后，利用代谢功能学实验Seahorse进行验证，研究者明确了OXPHOS增强主要发生于胰腺肿瘤Ductal细胞。

02 单细胞测序鉴定出一个独特的CAF亚群

      研究者通过观察病理切片，发现SETD2缺陷型肿瘤中出现了大量的脂肪样细胞。免疫荧光染色确定了这些细胞源于CAFs。研究者重新分析单细胞测序，聚焦于CAF亚群，鉴定出4个CAF亚群（C0-C3）。并识别出一个特殊的CAF亚群（C2 CAF），该亚群细胞富含脂质，并且表达ABCA8a基因。有趣的是，C2 CAF作为一个独特的亚群出现，独立于myCAF、iCAF和apCAF集群。

进一步研究表明，具有脂质代谢转录组特征的C2 CAF主要定位于SETD2缺陷型肿瘤中，空间分布上紧靠肿瘤细胞，表明它们可能与肿瘤细胞有密切的相互作用。综合以上特征，研究者确认C2亚群是尚未被鉴定和报道的胰腺肿瘤CAF新亚群。

03 BMP2驱动富脂质的CAF分化

      通过细胞间通讯（CellChat 和 CellphoneDB）分析，研究者发现BMP（骨形态发生蛋白）信号通路在肿瘤细胞和CAFs之间的通讯中起着关键作用。BMP2的表达在导管细胞（主要来源于SETD2缺陷型胰腺肿瘤细胞）中占主导地位，并与C2 CAFs（富脂型CAF亚群）亚群的受体显示出强烈的相互作用。此外，研究者还探讨了阻断BMP2信号通路对肿瘤生长和CAFs分化的影响。通过使用中和抗体阻断BMP2，研究者观察到PSCs（胰腺星状细胞）中脂质积累的减少，表明BMP2信号通路在富脂型CAF亚群形成中的重要性。

04 富脂型CAFs通过ABCA8a运输脂质

体外/体内实验表明，SETD2缺陷肿瘤分离出的CAF能够更有效地将脂质转移到肿瘤细胞，CAF内脂质的外排主要通过转运蛋白ABCA8a介导。研究者进一步探索了脂质从CAFs到肿瘤细胞的运输方式，发现脂质主要通过中等大小（10-100 kDa）的细胞外囊泡进行运输，这与ABC家族介导的高密度脂蛋白（HDL）颗粒的大小相似。进一步通过体内实验，阐明了ABCA8a介导的CAF脂质外排对于SETD2缺陷型胰腺肿瘤的进展至关重要。研究还表明，在SETD2^KO（SETD2基因敲除）肿瘤细胞植入到ABCA8a基因敲除小鼠中，其生长速度比在野生型小鼠中慢，这进一步证实了ABCA8a在脂质运输和肿瘤生长中的重要性。

05 SETD2缺失导致H3K27Ac的异位沉积

      研究者发现，在SETD2^KO（SETD2基因敲除）的胰腺肿瘤细胞中，H3K27Ac（组蛋白H3赖氨酸27的乙酰化）的水平显著增加，特别是在基因体（gene body）区域。通过RNA测序（RNA-seq）和CUT&Tag技术，研究者发现表型相关的下游基因并非受H3K36me3直接调控，反而是由SETD2/H3K36me3缺陷引发的H3K27Ac重排主导。

全文总结

      研究团队通过基因工程编辑小鼠模型，利用单细胞测序技术以及大量的代谢相关实验验证，鉴定出一种富含脂质的CAF亚群，这些脂质丰富的CAFs通过ABCA8a转运蛋白将脂质运输到肿瘤细胞，支持线粒体氧化磷酸化（OXPHOS），从而促进肿瘤生长。该研究不仅增进了我们对胰腺癌中CAF异质性的理解，也为针对SETD2缺失的PDAC患者的个性化治疗提供了潜在的新策略，即通过靶向OXPHOS途径来干预肿瘤代谢。

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原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.ccell.2024.03.005

部分解读内容参考原文作者公众号“胰问”

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