CancerCell|卞修武院士/時雨/平軼芳團隊揭示膠質瘤巨噬細胞研究全新視角柳蔭膠質母細胞瘤（glioblastoma，GBM）作為最常見的惡性腦腫瘤之一，其腫瘤微環境高度復雜且侵襲性極強。腫瘤相關巨噬細胞（TAMs）在膠質瘤發展和免疫抑制中扮演著關鍵角色，盡管靶向TAMs的治療策略已經取得了一定的進展，但由于TAM亞群內部的高度異質性和可塑性，這些策略在臨床試驗中無法得到充分證實。解析膠質母細胞瘤中TAMs的異質性是理解復雜腫瘤微環境的關鍵一步。來自陸軍軍醫大學西南醫院的團隊在《CancerCell》（IF=48.8）發表的一項題為“Identificationofhypoxicmacrophagesinglioblastomawiththerapeuticpotentialforvasculaturenormalization”的研究采用了單細胞測序、空間轉錄組、空間單細胞蛋白組等多種技術發現了缺氧相關的TAM亞群在藥物輸送過程中的不良作用，為理解和治療膠質母細胞瘤提供了新的視角。一、單細胞測序解析TAM亞群為解析腦膠質瘤免疫微環境組成，研究人員使用單細胞測序分析了51位患者的膠質母細胞瘤樣本。識別出了5個髓系細胞的亞群，其中Mo-TAM亞群在GBM-IDHwt中比例高于Astro-IDHmut和Oligo-IDHmut（圖1A-C）。為了確定彌漫性膠質瘤中Mo-TAM簇的異質性，研究人員對其進行深入分型，鑒定出6個具有不同分子特征的亞群。其中Hypoxia-TAM表現出明顯的缺氧反應程序，特征是缺氧反應基因上調，糖酵解增強和促進血管生成的特征，Chemo-TAM集群以參與細胞遷移和白細胞趨化的基因模塊為特征，其他每種集群均有其特征反應（圖1D）。這些結果提供了膠質瘤TAM異質性的證據。同時研究人員結合臨床隊列對患者總生存率進行分析，結果顯示Hypoxia-TAM比例可以有效的對患者進行預后，同時可以作為獨立的評估因素（圖1F）。圖1單細胞測序精準分型二、空間組學繪制TAM亞群組織定位為了從空間上解釋Mo-TAM的異質性，研究人員在不同組織學區域分析了Mo-TAM亞型的分布情況。Hypoxia-TAM優先定位于壞死周圍區域，IFN-TAM在血管周圍比例較高，Ribo-TAM和Phago/AP-TAM在浸潤腫瘤區域輕度升高（圖2A）。為了更加直觀的描述Mo-TAM的空間異質性，研究人員分析了公開的GBM的空間轉錄組數據集，并將Mo-TAM的轉錄模式與組織學定位進行了整合，直觀的繪制了Mo-TAM的空間異質性（圖2B）。研究人員根據組織的缺氧情況劃分出多個缺氧區域，有趣的是其他細胞都伴隨著缺氧梯度的增加而下降，但Hypoxia-TAM比例伴隨著缺氧梯度增加而上升（圖2C）。最終研究人員通過對Mo-TAM的空間單細胞蛋白分析，證實了Hypoxia-TAM與GBM組織中壞死區域的接近（圖2D）。圖2空間組學繪制細胞定位三、腫瘤分泌因子結合缺氧環境促進Mo-TAM極化為確定低氧環境對TAM的影響，研究人員構建了腫瘤細胞條件培養基+體外低氧模型，在低氧誘導下人外周血單個核細胞、U937細胞、小鼠髓源巨噬細胞中與Hypoxia-TAM相關的缺氧基因表達上調（圖3A-B）。為了揭示缺氧腫瘤環境對Mo-TAM的表型改變，研究人員篩選了缺氧正負相關基因，并繪制了缺氧相關基因相互作用網絡（圖3C）。通過以上分析，研究人員確定腫瘤細胞分泌的因子和低氧條件共同誘導Hypoxia-TAM表型的獲得。為了揭示介導TAM極化的細胞通路，研究人員對高活性評分的轉錄因子（TF）和缺氧反應數據集進行篩選，確定p50、HIF1α和c-Jun是調節Hypoxia-TAM特征的核心TF。p50（NFKB1）的阻斷顯著降低了Hypoxia-TAM特征基因的表達（圖3D-E），這些發現表明，腫瘤細胞產生的因子和缺氧環境通過激活p50共同促進了Hypoxia-TAM的極化。圖3缺氧腫瘤環境促進TAM極化四、Hypoxia-TAM降低血管完整性，破壞內皮細胞連接研究人員進一步分析了Hypoxia-TAM在缺氧生態位中的功能意義。從空間位置上看，Hypoxia-TAM位于GBM壞死周圍區，該區域微血管豐富。研究人員使用單細胞測序數據進行分析，確定Hypoxia-TAM在調節血管完整性和發育的途徑中富集（圖4A），多數據集聯合顯示ADM是唯一的候選基因（圖4B）。通過動物模型發現，敲除ADM后腫瘤血管完整性得到恢復，內皮細胞間距離減少。這些結果表明Hypoxia-TAM通過分泌ADM，破壞內皮細胞的粘附連接，導致了腫瘤血管滲透性增加，最終破壞腫瘤血管系統（圖4C-E）。同時研究者還關注了ADM損害內皮粘附連接的機制，通過條件處理人腦微血管內皮細胞（HBMECs）以及對GBM單細胞數據的分析，研究人員最終確定了，Hypoxia-TAM分泌的ADM激活ECs中的CRLR信號，從而破壞VE-cadherin介導的粘附連接（圖4F）。圖4ADM介導血管通透和內皮黏附五、AMA改善血管完整性促進藥物遞送研究人員接著評估了ADM拮抗劑（AMA）是否可以恢復腫瘤血管的完整性，在動物模型中，AMA恢復了VE-cadherin的表達，保留了內皮連接（圖5A）。同時研究人員分析了AMA對于藥物傳遞的作用，與對照組相比，AMA處理后缺氧區域大幅度減少，同時阿霉素灌注區域明顯增加（圖5B）。AMA對于藥物遞送的正向作用促使研究人員進一步對其聯合治療的可能性進行探究。在異種移植小鼠模型中，聯合治療小鼠顯示出了更長的生存期和更小的腫瘤負擔（圖5C-D），以上結果對于AMA作為血管正常劑來改善抗腫瘤藥物遞送提供了臨床前證據。圖5AMA改善血管完整性促進藥物遞送小結腫瘤相關巨噬細胞（TAM）已經成為腫瘤研究領域的明星細胞，本文不僅利用單細胞測序技術對TAMs進行了細致的功能分群，還通過空間組學技術精準定位了6種Mo-TAMs的空間分布，尤其是發現了位于壞死周圍區域的Hypoxia-TAM亞群。空間組學發現了Hypoxia-TAM與腫瘤血管之間特殊的空間關系，為深入探究細胞機制提供了新的視角。這項研究不僅增進了我們對腫瘤微環境中TAM的理解，而且為膠質母細胞瘤的治療提供了新的策略和潛在的靶點。空間多組學解決方案PhenoCycler-Fusion單細胞原位空間蛋白組學優勢華盈生物PhenoCycler-Fusion單細胞原位空間蛋白組學技術資格證書華盈生物是美國AkoyaBioscience公司的PhenoCycler-Fusion空間單細胞蛋白組學技術認證服務商，已經被納入了該技術的全球CRO服務提供者體系。借助全球領先的PhenoCycler-Fusion空間單細胞蛋白組學技術平臺的建立，華盈生物將為中國客戶提供更具精準醫學特色的服務與合作，推動中國團隊在空間生物學領域的研究水平，加快構建符合中國人群的精準醫學模式。相關文獻：WangW,LiT,ChengY,etal.Identificationofhypoxicmacrophagesinglioblastomawiththerapeuticpotentialforvasculaturenormalization.CancerCell.2024;42(5):815-832.e12.相關閱讀：Hepatology｜中山一院于君/李曉星團隊利用空間單細胞蛋白組揭示肝細胞癌的免疫微環境CancerDiscovery|非小細胞肺癌的空間蛋白組學研究再添新篇章CancerCell|樊嘉院士/張力燁團隊解析轉移性肝細胞癌的時空演變NatCommun｜直搗黃龍！空間單細胞組學發現外周血靶細胞亞群的組織落腳點NatGenet｜馬丁院士團隊利用單細胞和空間多組學描繪宮頸鱗癌免疫微環境圖譜CancerCell|北大醫院李航/張寧/薛瑞棟團隊揭示肢端黑色素瘤空間細胞互作關系Cell：如何升華你的單細胞數據——PCF空間單細胞蛋白組聯合scRNA-seq解