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学术经纬

Nature子刊 | 单细胞转录组揭示横纹肌肉瘤免疫抑制和临床预后特征

学学术经纬约 6 分钟
撰文 | 张海伟    责编 | 周叶斌
横纹肌肉瘤（RMS）是儿童和青少年中最常见的软组织肉瘤（约占所有儿童恶性肿瘤的3.5%），即使采用密集的强化治疗方案，其长期总生存率也只有30%左右。因此亟需增加横纹肌肉瘤的肿瘤生物学认识，以利于开发新的治疗方法，改善预后。
根据横纹肌肉瘤的分子特征可以分为融合基因阳性横纹肌肉瘤（FP RMS）和融合基因阴性横纹肌肉瘤（FN RMS）。FP RMS常存在染色体易位，形成融合基因，表达含有PAX3或PAX7的DNA结合结构域和强激活结构域（常来源FOXO1基因）融合蛋白；FN RMS存在的基因变异比较多样，包括信号通路突变（尤其是RAS和PI3K信号通路），细胞周期调节因子突变和P53信号通路突变等。FP RMS的预后明显比FN RMS差，诊断时更常发生转移。

近日，来自荷兰的 Thanasis Margaritis 和 Jarno Drost 团队发表于 Nature communications 题为 Single-cell transcriptomics reveals immune suppression and cell states predictive of patient outcomes in rhabdomyosarcoma 的文章， 通过比较融合基因阳性横纹肌肉瘤（FP RMS）和融合基因阴性横纹肌肉瘤（FN RMS）的转录组图谱，揭示了两种横纹肌肉瘤分子亚型之间和分子亚型内的细胞成分和分化状态的差异，这种差异与临床预后相关，也是潜在免疫治疗靶点。

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首先，不同亚型横纹肌肉瘤样本中的肿瘤细胞分子特征显著不同，肿瘤细胞与正常细胞（主要指免疫细胞）的相互作用会抑制免疫细胞对肿瘤细胞响应，比如在融合基因阳性的RMS中，NECTIN3在肿瘤细胞上高表达，TIGIT受体在Tregs和CD8+T细胞上高表达，抑制CD8+T细胞对NECTIN3表达肿瘤细胞的杀伤作用。除此之外，对RMS中肿瘤微环境中免疫细胞比例和类型的分析还发现M2极化巨噬细胞的广泛存在，融合阳性RMS中的特异性T细胞的减少，部分可能是由NECTIN3和TIGIT之间的相互作用引起。

Image横纹肌肉瘤单细胞转录组图谱，该图总结了（a）研究单细胞测序检测流程、（b）不同亚型RMS的分子特征，以及（c）FP RMS和FN RMS的组织学差异，并基于分子特征对单细胞进行聚类分析（d），明确不同细胞类型中的特征基因（e），肿瘤细胞和正常细胞中中融合基因阳性和阴性的细胞比例（f）。
其次，融合阴性RMS中的肿瘤细胞存在类似正常肌细胞分化状态，反映其早期肌源性分化轨迹。如祖先样细胞（progenitor like cell）可以产生类似于正常的终末分化的肌细胞（表达MYOD1, MYOG 和MRF4等成肌细胞终末分化的调节因子)，间质样状态发展的肿瘤细胞类似于正常肌源性间质细胞（表达间质转化的转录因子如TWIST1 和ZEB1）。
Image融合基因阴性的横纹肌肉瘤（FN RMS）中细胞的分化状态，该图根据FN RMS分子特征把横纹肌肉瘤内的肿瘤细胞分为三种分化状态：间质样细胞（mesenchymal-like cell，Mes），类祖细胞样细胞（progenitor-like cell，Prog)和成肌细胞样细胞（myoblast-like cell，Myo）（a）、（b）间质样细胞和成肌细胞样细胞的分子表达相互排斥、（c）不同FN RMS的样本中，处于不同分化状态的细胞比例不同，（d）间质样细胞（MES=TGFBI）和祖细胞样（PROG=FGFR4）的免疫荧光杂交特征图片，（e）FN RSM肿瘤中细胞的推测分化轨迹，（f）FN RMS肿瘤中细胞成肌分化示意图。
再者，融合阳性的RMS（FP RMS）中的肿瘤细胞分化状态与骨骼肌的再生情况类似，比如FP RMS中不同肿瘤细胞的所处分化状态显示出骨骼肌再生的分化轨迹，其中SC类细胞（satellite like cell，SC-like）经过增殖和未分化的细胞状态逐步分化成类似终末分化的肌细胞。
Image融合基因阳性的横纹肌肉瘤（FP RMS）中细胞的分化状态，该图根据FP RMS分子特征把横纹肌肉瘤内的肿瘤细胞分为三种分化状态：增值细胞（proliferative cell，Prolif），卫星细胞样细胞（stallite cell-like cell，SC-like)和成肌细胞样细胞（myoblast-like cell，Myo）（a）、（b）间质样细胞和卫星细胞样细胞的分子表达分布更为弥散、（c）不同FP RMS的样本中，处于不同分化状态的细胞比例不同，（d）成肌细胞样细胞（红，MYO = TTN）、卫星细胞样细胞（蓝，SC-like=FGFR4）和增值细胞（黄，PROLIF=MKI67)的免疫荧光杂交特征图片，（e）FP RMS肿瘤中细胞成肌分化示意图，（f）FP RMS肿瘤中细胞的推测分化轨迹。
最后，RMS肿瘤细胞的分化状态可预测患者预后，利用本研究中的RMS肿瘤细胞分化评估模型通过对已发表的RMS队列数据进行分析发现，分化程度较高细胞比例高越高，RMS患者预后越好，反之，增殖程度旺盛且分化程度低的细胞比例高则预后不好。
Image横纹肌肉瘤（RMS）肿瘤细胞的分化状态预测患者预后。a图为RMS的分化轨迹示意图，b 图显示RMS恶性细胞的分化状态和正常生肌细胞类型之间的相似度预测。c, d 为生存曲线图，显示了（c）融合基因阴性RMS（n = 47）或（d）融合基因阳性RMS（n = 44）患者的总生存率，根据他们的细胞分化状态的评分，分为分化评分高（红色）或分化评分低（蓝色）组。
总之，该研究利用单细胞测序技术，从细胞分化的角度对横纹肌肉瘤生物学特征进行探索分析，发现RMS肿瘤中的处于不同分化状态细胞比例与患者的预后相关，低分化且呈高增殖状态细胞比例高的患者预后不良，处于高分化状态的细胞比例高的患者生存期更长。
另外，通过对RMS的肿瘤微环境中的免疫细胞类型和比例进行分析发现，在融合阳性（FP）RMS亚型中，表达NECTIN3的RMS肿瘤细胞与表达TIGIT的T细胞之间的相互作用是肿瘤诱导免疫抑制的潜在原因，为靶向RMS肿瘤微环境的免疫治疗提供了新的思路。

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*本文由深圳市拾玉儿童公益基金会“儿童肿瘤前沿”团队编译或约稿，文中图表均源引自文献原文。本文著作权归文章作者所有，欢迎个人转发分享，未经允许禁止转载，作者拥有所有法定权利，违者必究。如需转载，请留言或联系[email protected]。本文旨在分享儿童肿瘤科研前沿成果，不是治疗方案推荐。如需获得疾病治疗方案指导，请前往正规医院就诊。

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原文摘要（Abstract）

Paediatric rhabdomyosarcoma (RMS) is a soft tissue malignancy of mesenchymal origin that is thought to arise as a consequence of derailed myogenic differentiation. Despite intensive treatment regimens, the prognosis for high-risk patients remains dismal. The cellular differentiation states underlying RMS and how these relate to patient outcomes remain largely elusive. Here, we use single-cell mRNA sequencing to generate a transcriptomic atlas of RMS. Analysis of the RMS tumour niche reveals evidence of an immunosuppressive microenvironment. We also identify a putative interaction between NECTIN3 and TIGIT, specific to the more aggressive fusion-positive (FP) RMS subtype, as a potential cause of tumour-induced T-cell dysfunction. In malignant RMS cells, we define transcriptional programs reflective of normal myogenic differentiation and show that these cellular differentiation states are predictive of patient outcomes in both FP RMS and the less aggressive fusion-negative subtype. Our study reveals the potential of therapies targeting the immune microenvironment of RMS and suggests that assessing tumour differentiation states may enable a more refined risk stratification.

DOI: 10.1038/s41467-023-38886-8

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