空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)揭示彌漫性大B細(xì)胞淋巴瘤中巨噬細(xì)胞異質(zhì)性和預(yù)后價(jià)值

文章題目：Spatially-resolved transcriptomics reveal macrophage heterogeneity and prognostic significance in diffuse large B-cell lymphoma

中文題目：空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)揭示了彌漫性大B細(xì)胞淋巴瘤中巨噬細(xì)胞的異質(zhì)性和預(yù)后價(jià)值

發(fā)表時(shí)間：2024.03.08

期刊名稱：Nature Communications

影響因子：16.661

實(shí)驗(yàn)平臺：DSP

DOI：10.1038/s41467-024-46220-z

01 研究背景

彌漫性大B細(xì)胞淋巴瘤（DLBCL）是成人非霍奇金淋巴瘤中最常見的類型。盡管R-CHOP治療對其有潛在療效，但約30%-40%的病例在初次治療后會(huì)復(fù)發(fā)，因此了解其復(fù)發(fā)機(jī)制至關(guān)重要。為此，本研究采用數(shù)字空間圖譜（DSP）技術(shù)，對DLBCL和反應(yīng)性淋巴組織（RLT）中的相關(guān)巨噬細(xì)胞（TAMs）進(jìn)行檢測，分析了CD68標(biāo)記的巨噬細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄組圖譜，從而揭示了這些細(xì)胞的空間特征，并探索了它們與DLBCL臨床/生物學(xué)特征的關(guān)系。

02 技術(shù)路線

03 研究結(jié)果

1. 數(shù)字空間分析技術(shù)（DSP）在淋巴組織微區(qū)域中揭示出不同細(xì)胞的特征

研究使用了GeoMx® DSP WTA檢測方法對巨噬細(xì)胞、T細(xì)胞和B細(xì)胞的進(jìn)行了轉(zhuǎn)錄組表達(dá)分析。通過對形態(tài)標(biāo)記物CD68、CD3和CD20（分別指示巨噬細(xì)胞、T細(xì)胞和B細(xì)胞）進(jìn)行免疫熒光染色，獲得目的細(xì)胞區(qū)域。還通過與公開的單細(xì)胞RNA測序數(shù)據(jù)進(jìn)行交叉驗(yàn)證，證實(shí)了DSP數(shù)據(jù)與單細(xì)胞數(shù)據(jù)的一致性。研究表明，基于形態(tài)標(biāo)記物的區(qū)域準(zhǔn)確地捕捉了感興趣的細(xì)胞類型，從而反映了原生組織環(huán)境中的巨噬細(xì)胞、T細(xì)胞和B細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄組特征。此外，通過與先前已發(fā)表的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，研究還驗(yàn)證了DSP實(shí)驗(yàn)的穩(wěn)健性，確認(rèn)其對淋巴組織中光區(qū)和暗區(qū)之間的差異表達(dá)基因的準(zhǔn)確覆蓋。

Fig.1 | DSP從淋巴組織微區(qū)的不同細(xì)胞類型的特征。

2. 反應(yīng)性淋巴組織RLT內(nèi)不同分區(qū)巨噬細(xì)胞的基因表達(dá)模式

研究旨在探究CD68+巨噬細(xì)胞在反應(yīng)性淋巴組織的不同空間區(qū)域內(nèi)的轉(zhuǎn)錄組差異。通過差異基因（DEG）分析，發(fā)現(xiàn)在生發(fā)中心（GC）和間質(zhì)區(qū)（IF）的巨噬細(xì)胞中分別有997和755個(gè)基因表達(dá)上調(diào)。研究還發(fā)現(xiàn)GC巨噬細(xì)胞中富集了與細(xì)胞增殖和代謝相關(guān)的通路，如E2F靶標(biāo)、MYC靶標(biāo)和氧化磷酸化通路，而IF中富集了與免疫應(yīng)答相關(guān)的通路，如γ干擾素應(yīng)答和TNF-α/NF-κB通路。此外，IF中的巨噬細(xì)胞表現(xiàn)出S100A家族成員上調(diào)，這些成員是調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞生物學(xué)的損傷相關(guān)分子。GC由兩個(gè)功能上不同的區(qū)域組成：暗區(qū)（DZ）和光區(qū)（LZ）。研究還比較了生發(fā)中心的LZ和DZ中的巨噬細(xì)胞的DEG，發(fā)現(xiàn)存在顯著的基因表達(dá)差異。根據(jù)不同空間位置的巨噬細(xì)胞之間的比較，研究得到了巨噬細(xì)胞的特征標(biāo)志物（MacroSigs）--MacroSig1 (GC), MacroSig2 (IF), MacroSig3(LZ), and MacroSig4 (DZ)，并發(fā)現(xiàn)這些特征標(biāo)志物在單細(xì)胞RNA測序生成的已知巨噬細(xì)胞亞群上有映射。此外，MacroSigs還表明可能存在著淋巴組織中尚未知的巨噬細(xì)胞亞型。

Fig.2|不同的空間位置區(qū)分巨噬細(xì)胞的獨(dú)特基因表達(dá)模式

Table1 |基于生物學(xué)/臨床特征的六種不同MacroSigs

3. 反應(yīng)性和惡性淋巴組織中巨噬細(xì)胞的不同轉(zhuǎn)錄組學(xué)特征

首先，研究比較了來自反應(yīng)性淋巴組織生發(fā)中心（GC）區(qū)域的巨噬細(xì)胞與來自DLBCL樣本的巨噬細(xì)胞的基因表達(dá)。通過差異表達(dá)基因分析，發(fā)現(xiàn)在RLT的GC和DLBCL巨噬細(xì)胞中分別有895和468個(gè)獨(dú)特的基因被上調(diào)表達(dá)。這些DEG被稱為MacroSig5（RLT）和MacroSig6（DLBCL）。在DLBCL巨噬細(xì)胞中，觀察到了CD163（一種促腫瘤巨噬細(xì)胞標(biāo)記物）以及補(bǔ)體模式識別成分（C1QA、C1QB和C1QC）的顯著上調(diào)表達(dá)。DLBCLMacroSig中富集的通路主要與免疫反應(yīng)有關(guān)，例如干擾素反應(yīng)和補(bǔ)體通路。通過MoMac-VERSE分析，發(fā)現(xiàn)MacroSig6（DLBCL）與IL4I1+巨噬細(xì)胞亞群有重疊，這是一種在各種癌癥類型中具有免疫抑制功能的巨噬細(xì)胞亞群。這些發(fā)現(xiàn)提示IL4I1+巨噬細(xì)胞在DLBCL發(fā)病機(jī)制中可能起到潛在作用，并提供了探索這些細(xì)胞靶向治療的可能性。

Fig.3|反應(yīng)性和惡性淋巴組織之間巨噬細(xì)胞的不同轉(zhuǎn)錄組學(xué)圖譜

4. 基于空間的MacroSig與COO DLBCL相關(guān)

DLBCL患者可根據(jù)B細(xì)胞起源（COO）基因表達(dá)譜進(jìn)行亞型分型。因此，研究探究了基于空間的MacroSigs是否與這些亞型分類相關(guān)。通過分析MacroSigs在DLBCL患者中的富集情況，發(fā)現(xiàn)MacroSig1（GC）在生發(fā)中心B細(xì)胞型（GCB）DLBCL中富集，MacroSig2（IF）在未分類（UNC）DLBCL中富集，而MacroSig6（DLBCL）在活化B細(xì)胞型（ABC）DLBCL中富集。然而，MacroSig3（LZ）和MacroSig4（DZ）在任何COO類別中并未明顯富集。進(jìn)一步的分析表明， MacroSigs在DLBCL單細(xì)胞RNA測序數(shù)據(jù)中富集于單核細(xì)胞-巨噬細(xì)胞群體。然而，MacroSigs與特定的DLBCL遺傳亞型或TME類別并沒有一致的富集。因此，這些結(jié)果表明，腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞浸潤可能在遺傳和TME中的機(jī)制是一致的。

Fig.4 |基于空間的MacroSig與COO DLBCL子類相關(guān)

5. 基于空間的MacroSig在DLBCL中與患者的生存率相關(guān)

通過對以上提到的八個(gè)臨床注釋的DLBCL數(shù)據(jù)集（n = 4594，8個(gè)數(shù)據(jù)集）進(jìn)行評估，發(fā)現(xiàn)富集MacroSig6（DLBCL）的病例的總生存期（OS）與富集MacroSig5（RLT）的病例相比較短。這一結(jié)果在六個(gè)數(shù)據(jù)集中得到了證實(shí)。MacroSig5（RLT）富集的患者具有較少免疫抑制性腫瘤微環(huán)境（TME）和較少腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞（TAMs）。此外，發(fā)現(xiàn)MacroSig4（DZ）富集的DLBCL患者與MacroSig3（LZ）富集的患者相比，生存期明顯較短。多變量分析結(jié)果表明，MacroSig4（DZ）仍然是DLBCL患者生存的獨(dú)立預(yù)后因素。這表明，MacroSig4（DZ）在DLBCL患者的生存中具有預(yù)后意義，與臨床高危因素?zé)o關(guān)。

Fig.5|DLBCL數(shù)據(jù)集中患者生存率與MacroSig5/6（RLT/DLBCL）相關(guān)

Fig.6|DLBCL數(shù)據(jù)集中患者生存率與MacroSig3/4（LZ/DZ）相關(guān)

6. DLBCL暗區(qū)的MacroSig評估

研究發(fā)現(xiàn)B細(xì)胞暗區(qū)生物學(xué)的基因表達(dá)特征在DLBCL中具有預(yù)后意義，并且與分子高級別和雙擊類特征重疊。通過評估從DSP實(shí)驗(yàn)中獲取的B細(xì)胞暗區(qū)的數(shù)據(jù)特征，發(fā)現(xiàn)其具有預(yù)后意義，但與DZ-MacroSigs的一致性較差。此外，發(fā)現(xiàn)只有少數(shù)基因在B細(xì)胞衍生的LZ-和DZ-簽名之間共享有，表明DLBCL攜帶這些不同暗區(qū)生物學(xué)特征的病例具有不良結(jié)果，但可能通過不同的生物學(xué)機(jī)制。研究進(jìn)一步驗(yàn)證了DZ標(biāo)記，并發(fā)現(xiàn)C1Q表達(dá)的巨噬細(xì)胞在DLBCL中的暗區(qū)中富集，與DLBCL患者的預(yù)后相關(guān)。這些發(fā)現(xiàn)強(qiáng)調(diào)了暗區(qū)生物學(xué)在DLBCL預(yù)后中的重要性。

Fig.7 | DLBCL中暗區(qū)MacroSig標(biāo)志基因C1Q的預(yù)后評估 

04 主要結(jié)論

這項(xiàng)研究利用DSP技術(shù)分析了反應(yīng)性淋巴組織（RLT）和彌漫大B細(xì)胞淋巴瘤（DLBCL）中巨噬細(xì)胞的基因表達(dá)特征。研究揭示了RLT內(nèi)不同空間位置（亮區(qū)/暗區(qū)、生發(fā)中心/濾泡間）和疾病狀態(tài)（RLTs/DLBCL）之間的轉(zhuǎn)錄組學(xué)差異，并據(jù)此生成了六個(gè)基于空間的巨噬細(xì)胞特征（MacroSig）。此外，研究發(fā)現(xiàn)特定的MacroSig與DLBCL的起源細(xì)胞亞型和總生存率相關(guān)聯(lián)�？傮w而言，該研究為RLT和DLBCL中巨噬細(xì)胞的空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)特征提供了重要見解，并展示了這些特征在生物學(xué)和臨床方面的意義。這些發(fā)現(xiàn)有望補(bǔ)充現(xiàn)有的DLBCL亞類分類，并為進(jìn)一步研究淋巴生物學(xué)和疾病的生物學(xué)和臨床相關(guān)性提供了框架。