脑组织恶性肿瘤包括胶质瘤和颅外肿瘤（如肺癌）。大约50%的肺腺癌（LUAD）患者最终会发展为脑转移。然而，神经胶质瘤（GM）和肺-脑转移（LC）的具体特征在很大程度上是未知的。

为了更详细地了解LUAD转移瘤和胶质瘤的TME特征，烈冰合作伙伴—复旦大学肿瘤医院金伟教授和曹依群教授团队近期在Clin. Transl. Med（IF=8.554）上发表了题为Single-cell RNA sequencing reveals cellular and molecular reprograming landscape of gliomas and lung cancer brain metastases的研究成果，该研究通过scRNA-seq技术解析了GM和LC细胞的异质性，发现了一组具有特异性分子标记的干细胞样细胞，提示可能存在药物靶点。

烈冰生物参与了本研究中的单细胞测序及数据分析工作，下面一起来了解下本文的研究思路和成果吧~

------------实验设计---------------

实验分组：GM：LC=4：10

单细胞捕获平台：烈冰生物 BD Rhapsody平台

单细胞分析工具应用：NovelBrain^®生信分析云平台：细胞聚类分析，subCluster分析，拟时序分析，CytoTRACE分析，细胞通讯分析，SCENIC分析，QuSAGE分析，差异基因表达分析，inferCNV分析等

主要技术手段：单细胞测序，多重荧光免疫组化等

----------------研究结果解析-----------------

01 GM和LC中的细胞群的鉴定

为了探索的微环境景观和免疫状态，团队从4个GM和10个LC样本中获得了61867个细胞，并根据EGFR突变状态或PDL1表达进一步分为两组，共28个细胞簇，包括上皮细胞、内皮细胞、巨噬细胞、小胶质细胞、星形胶质细胞、免疫细胞（髓系细胞、T细胞和B细胞）和成纤维细胞。

其中上皮细胞分布在LC组，而星形胶质细胞、小胶质细胞和少突胶质细胞祖细胞（OPCs）在GM组中明显更高。在TME中差异表达的基因中，发现GM组中有573个基因表达下调，522个基因表达上调。

02 增殖巨噬细胞亚群与不良预后相关

基于特征基因对所有肿瘤相关巨噬细胞（TAMs）评分发现，TAMs中的4类亚群可能来源于中枢神经系统驻留小胶质细胞（CNS），其他可能来源于单核细胞来源的巨噬细胞（MDMs），而MDMs可进一步细分为M1巨噬细胞、M2巨噬细胞以及骨髓源性抑制细胞（MDSCs）。

其中，增殖巨噬细胞簇高表达细胞因子CCL2（可促进M2巨噬细胞极化）和免疫检查点抑制配体基因CD276、LGALS9和CD47。重要的是，增殖的巨噬细胞显示出多种在细胞增殖中起作用的转录因子（MYBL2、E2F2和EZH2等）的富集。此外，TCGA预后分析显示增殖巨噬细胞组与LUAD的不良预后相关。

03 中性粒细胞可能参与肿瘤血管生成

中性粒细胞可进一步细分后发现存在一类产生氧自由基（ROS）的中性粒细胞并显示了HIF-1信号通路上调（表达HIF1A、LDHA和VEGF-A等基因）。据报道，LDHA可以介导ROS的产生，HIF1A在血管生成、细胞存活、葡萄糖代谢中发挥作用。

代谢分析还显示，产生ROS的中性粒细胞激活了糖酵解和果糖以及甘露糖的代谢。鉴于趋化因子可以调节中性粒细胞的迁移，团队进一步分析了趋化因子在中性粒细胞的表达，发现产生ROS的中性粒细胞显示CXCL8和VEGFA的表达增加，可能在血管生成中发挥重要作用。

04 内皮细胞支持血管生成

细分后的内皮细胞（ECs）亚群中，团队发现不同的EC亚群细胞可能具有组织特异性：LC来源的EC_C0和C2亚群显示促进血管生成基因（PLVAP和CD93）的高表达。细胞通讯分析发现，EC_C0、C1和C2与成纤维细胞相互作用密切，而成纤维细胞中的肌成纤维细胞可促进组织重塑、肿瘤间质重塑和血管生成，即ECs和成纤维细胞间的相互作用可能促进了LUAD和脑转移瘤中的血管生成。

05 癌症干细胞样细胞在上皮细胞中富集

基于癌症干细胞（CSCs）是导致癌症转移和化疗或放疗耐药性的细胞亚群，团队在7321个上皮细胞中，通过拷贝数变异分析鉴定了5533个恶性细胞并划分为10个恶性上皮细胞亚群，基于CytoTRACE分析和拟时序分析显示，恶性上皮细胞亚群中Mep_C3和C8分化程度较低，可能包含CSCs。此外，一些与干性相关的转录因子（FOSL1等）在Mep_C3和C8中明显富集。

06 上皮细胞表现出更高的染色体不稳定性

为进一步了解拷贝数变异（CNV）和上皮细胞间的关系，团队发现高CNV的细胞也表达了与染色体不稳定性（CIN）相关的基因（TP53/MDM2和EGFR等），而CIN低水平的细胞中存在黏附基因的富集，可能协助高CIN的细胞转移到脑组织。此外，PDL1高表达的上皮细胞中PI3K-AKT信号通路增加，而抗原加工、呈递和蛋白加工减少。PDL1的高表达也对应转录因子GATA6也高表达且提示与CD8+细胞毒性T淋巴细胞（CTLs）的功能障碍有关，而EGFR突变促进了EGR1的表达，提示与抗EGFR治疗的耐药性相关。

---------全文总结----------

总的来说，团队发现大脑TME的免疫细胞室主要是由LC转移形成的。该研究发现了干细胞样癌细胞的一个子集，并为小胶质细胞、巨噬细胞、中性粒细胞等的特征提供了新见解。而靶向GATA6联合抗PDL1抗体可能为癌症治疗提供一种有效的策略。

本研究详细信息参见原文链接：
https://doi.org/10.1002/ctm2.1101
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