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单细胞测序再下一城:Nature Medicine上的肺癌微环境研究

继我们上次介绍了单细胞测序的高分文章(上周大家讨论最多的话题除了世界杯,还有这两篇文章!)后,在本周一7月9号的Nature medicine 杂志上又发表了一篇研究肺癌肿瘤微环境基质细胞表型的文章:

Phenotype molding of stromal cells in the lung tumor microenvironment.Nat Med. 2018 Jul 9. doi: 10.1038/s41591-018-0096-5.

今天我们就从(1)研究主题(2)课题设计(3)结果展示 和(4)词汇表达 四个部分看一下这篇文章,以帮助大家尽快了解单细胞测序在研究肿瘤微环境中的思路。

(1)研究主题

这篇文章是比利时的研究团队做的,主题很简单:就是要揭示肺癌微环境的构成,从基质细胞(stromal cell)亚群、信号通路、关键分子以及肺癌患者生存分析四个层面开展研究。


(2)课题设计

文章的总体课题设计包括了单细胞测序、与常规(bulk)RNA-seq测序结果的比较以及TCGA数据中RNA-seq结果和患者预后的分析。


其中,在单细胞测序部分包括了两个步骤,首先是5位肺癌患者共19个样本(癌15,正常4)的单细胞测序,下图为患者和样本的信息情况:

然后是对另外3位患者进行单细胞测序验证,这两组测序数据在Arrayexpress上的代码分别为:E-MTAB-6149和E-MTAB-6653,大家自己查看详细信息。

接下来结合单细胞测序的结果:细胞亚群基本情况、亚群在肿瘤、病人分布特异性、通路活化状态、关键转录因子以及Marker基因的情况与TCGA数据进行联合分析。


(3)结果展示

这篇文章的结果展示非常有条理,可以作为大家展示单细胞测序结果的很好参考。

1) 首先是展示5例患者单细胞测序的基本属性和总体情况:

a图取样患者的基本信息展示,b图是单细胞测序中最常见的t-SNE图,分别展示了52,698个细胞的来源(肿瘤/非肿瘤)、病人分布、细胞类型以及转录本的表达丰度。c图是不同基质细胞亚群marker表达图,最后是整体展示细胞与转录本在不同细胞类群、组织类型、病人等的分布:

2) 接下来分别展示不同细胞类群的情况:内皮细胞、成纤维细胞、B细胞、巨噬细胞、T细胞、肺泡细胞和上皮细胞,对应结果部分6个section和4张图:而且四张图从结构上都比较像:

S1——Tumor endothelial cells downregulate immune attraction pathways.

S2——Lung tumors harbor five distinct types of fibroblasts.

S3——B cells are strongly enriched in the tumor. 

S4——Macrophages show rheostatic phenotypes and become M2 polarised in tumors 

S5——Tumor T-cell transcriptomes suggest novel immunotherapy targets. 

S6——Alveolar and epithelial cells

我们以内皮细胞为例看一下在每部分的展示逻辑:

a图是1592个内皮细胞的6个亚群以及在肺癌与正常样本的t-SNE图;b图为marker基因在四类亚群中的表达t-SNE图;c图为TCGA数据集marker基因在正常和肿瘤内皮细胞表达的平均值;

d图展示的是肿瘤和正常组织内皮细胞的通路活化情况,是通过GSVA分析完成的;

e图是内皮细胞转录本表达丰度的t-SNE图;f图是1,5,3,4 四个细胞亚群中血管生成和免疫活化有关基因表达的小提琴图;g图是聚类热图,展示的肿瘤与正常细胞中通过SCENIC分析得到的10个最显著转录因子表达;h图是三个转录银子表达及靶基因表达的t-SNE图。


其它几个figure所展示的图结构基本类似,我们就不一一说明了。


3)研究一个非常有意思的现象:缺氧是否能造成肿瘤细胞更加富集于组织核心(core):


从a图中可以看到在5个病人中,肿瘤细胞和缺氧两个特性比较偏重分布于core和middle,而b图中不同的基质细胞则偏重分布于edge。


4) 研究不同基质细胞marker表达与TCGA数据库中患者预后的关系:

这样,结果展示部分基本就是这样了。


(4) 词汇表达


1. be embedded in:嵌入

  • Cancer cells are embedded in the tumor microenvironment (TME)

2. a paucity of:少量

  • To estimate relative contributions of each cell cluster to bulk RNA expression, we applied quadratic programming, which confirmed enrichment of alveolar cells and lymphocytes (B and T cells) and a paucity of fibroblasts and endothelial cells in the tumor and non-malignant sample .

3.a repertoire of:一系列的

  • Remarkably, each of these fibroblast types expresses a unique repertoire of collagens and other extracellular matrix molecules, with for example cluster 1 expressing COL10A1 and cluster 2 expressing COL4A1. 

4. In line with ***:与…一致

  • Also, clusters 1 and 4 were similar, but cluster 1 showed a strong epithelial-mesenchymal transition signal in line with expression of an extensive repertoire of extracellular matrix proteins and TGF-β-associated genes.

  • In line with this, transcript numbers were 37.9% lower in tumor-associated versus non-malignant lung-associated follicular B cells.

  • Strikingly, tSNE plotting revealed a dichotomy between tumor and non-malignant lung-derived macrophages, in line with a recent report characterizing macrophages from a single patient

5. Distinctive features of tumor stroma may thus represent vulnerabilities and provide exciting entry points for the design of novel therapies.


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