最新11.1分生信,单细胞+实验的经典思路,通过单细胞鉴定特定亚群,再结合实验验证!
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研究概述:肿瘤浸润B细胞的广泛参与突显了它们在肿瘤行为中的潜在作用。然而,胰腺导管腺癌(PDAC)中B细胞的异质性仍未得到探索。研究PDAC中的TIL-Bs旨在确定新的治疗策略。作者在FUSCC和TCGA队列中探讨了CD38+B细胞的预后和免疫学价值,并通过流式细胞术研究了CD38+B细胞与其他免疫细胞之间的关系及其表型特征。最后进行了体外和体内实验,以评估CD38+B细胞对抗肿瘤免疫的潜在影响。作者发现调节性B细胞样CD38+B细胞浸润是PDAC的一个独立预后因素,使用CD38抑制剂可能为PDAC免疫疗法提供新的可能性。
研究结果:
通过scRNA-seq鉴定B细胞集群
TIL-Bs是抗肿瘤免疫应答的多方面参与者。然而,TIL-Bs在肿瘤免疫调节中的具体作用仍不清楚,这表明需要进一步探索TIL-Bs参与癌症的复杂性,并对治疗干预的潜在影响进行更深入的研究。为了进一步描述PDAC患者TME中B细胞系的多样性,作者对从两名PDAC患者的胰腺手术标本中获得的FACS纯化的CD45+CD19+B细胞进行了scRNA-seq分析(图1A和B)。经过质量控制后,PCA鉴定了24,089个B细胞中的差异表达基因,从而确定了三个B细胞主簇(图1C)。通过对每个细胞集群的差异基因表达分析,确定了集群特异性标记基因(图1D)。
为了评估所鉴定的B细胞集群的合理性并确定其临床意义,作者利用了外部验证队列(CRA001160)。排除肿瘤细胞后,确定了由B细胞、T细胞、内皮细胞、骨髓细胞和成纤维细胞组成的五个细胞群(图1E和F)。在这个独立的数据集中,BANK1+、CD38+和SSR4+B细胞也被区分开来(图1G和H)。正如预期的那样,与正常组织相比,在肿瘤中观察到的B细胞数量有所增加(图1G),三种主要B细胞群在患者中的分布也不尽相同(图1I)。值得注意的是,CD38+B细胞丰富的肿瘤患者表现出更差的分化状态、更高的病理TNM分期、更高的CA19-9浓度和更多的血管侵犯(图1J)。总之,作者在两个独立的PDACscRNA-seq数据集中发现了三个主要的B细胞群,并强调了CD38+CD19+B细胞与患者不良预后的潜在关联。
CD38+CD19+B细胞在PDAC中的存在
为了进一步研究CD38+CD19+B细胞的存在及其临床相关性,作者对来自FUSCC队列的147例PDAC和45例肿瘤周围样本的FFPE切片进行了多重免疫染色(图2A)。通过自动图像分析,作者在肿瘤和肿瘤周围组织中观察到了不同程度的CD38+CD19+B细胞浸润(图2B)。与scRNA-seq分析一致,作者发现肿瘤中CD38+CD19+B细胞的丰度明显高于肿瘤周围组织(图2C)。此外,CD38+CD19+B细胞数量的增加可能与肿瘤体积增大、淋巴结转移、CA19-9水平升高以及存在血管侵犯有关(图2D)。接下来,作者对PDAC患者的新鲜肿瘤、瘤周组织和外周血进行了流式细胞术检测(图2E),结果证实CD19+CD38+B细胞主要存在于肿瘤中,而不是瘤周组织和外周血中(图2F)。总之,CD38+CD19+B细胞在肿瘤中的丰度明显高于肿瘤周围组织,且与晚期患者特征相关。这些发现进一步提示了CD38+CD19+B细胞作为PDAC诊断和治疗靶点的潜力。
CD38+CD19+B细胞的存在可预测PDAC患者的不良预后
在发现CD38+CD19+B细胞浸润与肿瘤进展之间存在正相关之后,作者利用探索性队列(FUSCC)来探讨这一细胞亚群是否能预测患者的预后,以及外部队列(TCGA)来验证CD38+CD19+B细胞在PDAC中的预后价值。在这两个队列中,总B细胞与PDAC患者的总生存期(OS)无关(图3A和B),这表明PDAC中B细胞具有高度异质性。在两个队列中,肿瘤浸润CD38+CD19+B细胞丰度较高的患者OS明显较短(图3C和D)。此外,在排除年龄、性别、血管侵犯、神经侵犯、肿瘤大小和淋巴结状态等混杂变量后,Cox回归多变量分析显示,CD38+CD19+B细胞浸润是PDAC的一个独立预后因素(图3E)。综上所述,这些研究结果表明,CD38+CD19+B细胞浸润可独立预测PDAC的不良预后。
CD38+CD19+B细胞与PDAC的免疫抑制有关
为了进一步阐明CD38+CD19+B细胞在TME中的潜在机制和功能意义,作者利用TCGA的转录组数据探讨了CD38+B细胞与其他功能性免疫细胞之间的相关性。通过相关性分析,作者观察到CD38+B细胞的丰度与幼稚B细胞、记忆B细胞、记忆激活的CD4+T细胞、调节性T细胞(Tregs)和滤泡辅助性T细胞的丰度呈正相关,表明这些细胞类型之间存在潜在的相互作用或功能关系。相反,它与记忆静止的CD4+T细胞、激活的NK细胞、单核细胞、2型巨噬细胞和激活的肥大细胞的丰度呈负相关(图4A)。重要的是,作者观察到在CD38+B细胞水平较高的PDAC样本中,活化的NK细胞丰度下降,Treg丰度上升(图4B和C),这表明它们具有潜在的免疫抑制表型。
作者的分析表明,瘤内高水平的CD38+CD19+B细胞与Tregs(Foxp3+CD4+T细胞)的增加和活化NK细胞的减少有关(图4D-G)。总之,作者的研究结果表明,CD38+CD19+B细胞富集的TME代表了一种免疫抑制表型,其特点是NK细胞活性降低,Tregs增加,从而提供了潜在的治疗方案。
CD38+CD19+B细胞在PDAC中的免疫调节特征
接下来,作者使用scRNA-seq分析、组织图谱分析和体外实验来探索CD38+CD19+B细胞的免疫特征(图5A)。作者首先评估了与B细胞发育和分化相关的经典标志物。在两个队列中,CD38+B细胞都表现出特定标记物的富集,包括MME,CD10、IL-10、EBI3,IL-27B或IL-35B、TGFB1、GZMB、CD5和CD21(图5B)。然而,CD38+细胞与CD38-细胞之间的CD138和IgM表达量并无明显差异(图5C)。此外,PDAC中CD38+CD19+B细胞表达较高水平的IL-10、IL-35、TGF-β、GZMB、TIM-1、CD5和CD21(图5D)。总之,这些数据揭示了在PDAC中具有调控特征的过渡性B细胞亚群(图5E)。
考虑到CD38+CD19+B细胞的存在与NK细胞细胞毒性之间的负相关,作者接着进行了共培养实验,以验证CD38+CD19+B细胞在免疫微环境中的抑制功能。简而言之,从外周血中分拣出CD38+CD19+B细胞和CD38-CD19+B细胞,然后与NK细胞进行共培养(直接或间接)(图5F)。作者发现与CD38-CD19+B细胞相比,在培养系统中加入CD38+CD19+B细胞会导致直接和间接共培养系统中GZMB、IFN-γ和CD107a的表达减少(图5G)。然后,作者评估了共培养系统上清液中经典的Breg衍生细胞因子,观察到与CD38-CD19+B细胞亚组相比,CD38+CD19+B细胞亚组的IL-10水平显著增加,而IL-35、TGF-β和GZMB变化不大(图5H)。用IL-10阻断抗体预处理CD38+CD19+B细胞可减轻它们对NK细胞细胞毒性的抑制作用(图5I)。总之,CD38+CD19+B细胞表现出Breg样特征,有可能损害NK细胞的效应功能,从而造成PDAC的免疫抑制微环境。
调控CD38+CD19+B细胞富集的微环境可对PDAC的免疫抑制进行重编程
有了这些有力的证据,作者接下来探讨调控PDAC中的CD38+CD19+B细胞是否能重塑体内免疫抑制的TME。作者利用NK细胞耗竭来评估CD38+CD19+B细胞对肿瘤生长的影响是否基于NK细胞,并通过流式细胞术分析证实了耗竭的成功(图6A)。分析发现与CD38-CD19+B细胞相比,CD38+CD19+B细胞的采纳转移能显著促进KPC肿瘤的生长(图6B-D),而对小鼠体重没有明显影响(图6E)。此外,NK细胞耗竭抑制了CD38+/CD38-CD19+B细胞收养转移的肿瘤抑制表型(图6B-D)。与人体内观察到的结果一致,与CD38-CD19+B细胞相比,CD38+CD19+B细胞的采纳转移显著降低了细胞毒性NK细胞的比例,并增加了肿瘤中Treg细胞的浸润(图6F和G)。免疫荧光分析也验证了这些发现(图6H和I)。这些发现共同表明,B细胞亚群表现出功能异质性,与CD38-CD19+B细胞相比,CD38+CD19+B细胞可能具有免疫抑制特性。
抑制CD38可减少PDAC生长并使体内TME敏感化
接下来,作者进行了体内实验来探索PDAC的治疗策略。在使用CD38抑制剂或药物治疗后,每三天测量一次肿瘤大小,以监测肿瘤生长情况。如图所示,在IgG对照抗体治疗组中,使用CD38抑制剂可明显抑制肿瘤生长并减轻肿瘤重量,而NK细胞耗竭可挽救这种疗效(图7B-D)。CD38抑制剂治疗后小鼠体重无明显变化,表明小鼠耐受性良好(图7E)。此外,体外实验也没有观察到CD38抑制剂对KPC细胞增殖的明显影响(图7F),这表明体内观察到的肿瘤生长变化可能是TME的作用,而不是直接抑制肿瘤细胞增殖。此外,体外实验表明,CD38抑制剂不会影响NK细胞中GZMB和IFN-y的表达(图7G),这表明CD38抑制剂可能不会直接影响NK细胞的细胞毒性。为了进一步评估CD38抑制剂对肿瘤微环境的影响,作者应用流式细胞术观察到,CD38抑制剂能显著增加肿瘤组织中NK细胞的比例并减少Treg细胞的浸润(图7H和I)。免疫荧光检测也验证了这一发现,即在使用CD38抑制剂治疗的肿瘤中,Treg细胞数量较少,而细胞毒性NK细胞数量较多(图7J和K)。
研究总结:
在本研究中,作者分析了从PDAC患者身上获得的肿瘤样本,并进行了体内和体外实验,以探索所鉴定的B细胞亚群的功能和机制。本研究表明,PDAC中的CD38+CD19+B细胞与预后不良有关,可能是一个独立的预后因素,它们表现出调节性B细胞的特征,并有助于TME中的免疫抑制。深入研究该亚群在高度免疫抑制的胰腺免疫微环境中的作用,同时制定有针对性的合理治疗策略,将提高PDAC免疫疗法的疗效。
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