GPNMB+Gal-3+肝实质细胞促进免疫抑制和肝细胞癌发生

GPNMB+ Gal-3+ hepatic parenchymal cells promote immunosuppression and hepatocellular carcinogenesis.

作者信息Yan Meng, Qiudong Zhao, Yan Sang, Jianping Liao, Fei Ye, Shuping Qu, Pingping Nie, Liwei An, Weihong Zhang, Shi Jiao, Aimin Huang, Zhaocai Zhou, Lixin Wei
PMID38009297
期刊EMBO J
发布时间2023-12-11
DOI10.15252/embj.2023114060

实验完整度

包含DEN诱导大鼠模型、患者样本、单细胞测序、体外功能实验(球体形成、共培养)、机制验证(SCENIC、ChIP-qPCR、敲低/过表达)及临床预后分析等多个独立证据层级。

主要模型

DEN诱导大鼠肝细胞癌模型 EPCAM+细胞注射联合DEN处理的大鼠模型 肝细胞癌患者肿瘤及癌旁组织样本

重点核对

DEN处理浓度和时间(100 ppm,16周) EPCAM+细胞注射剂量和次数(1×10^8,3次) GPNMB+Gal-3+细胞分选及共培养条件 SOX18敲低和过表达实验条件 临床样本组织芯片(157例)及预后分析

摘要

肝细胞癌(HCC)的形成是一个多步骤的病理过程,涉及异质性免疫抑制肿瘤微环境的演变。然而,所涉及的具体细胞群体及其起源和对HCC发展的贡献在很大程度上仍然未知。在这里,应用全面的单细胞转录组测序来分析毒素诱导的大鼠肝脏肿瘤发生模型和HCC患者。具体来说,我们鉴定了在HCC进展过程中出现的三个肝实质细胞群体,称为代谢性肝细胞(HCMeta)、具有分化潜力的Epcam+群体(EP+Diff)和免疫抑制性恶性转化亚群(MTImmu)。这些不同的亚群形成了一条肿瘤发生轨迹,描绘了肝癌发生的动态景观,其特征基因反映了从EP+Diff到MTImmu的转变。重要的是,GPNMB+Gal-3+ MTImmu细胞表现出恶性和免疫抑制特性。此外,SOX18是GPNMB+Gal-3+ MTImmu细胞生成和恶性转化所必需的。发现GPNMB+Gal-3+ MTImmu亚群的富集与患者的不良预后和更高的复发率相关。总的来说,我们揭示了单细胞HCC进展图谱,并发现GPNMB+Gal-3+实质细胞是导致免疫抑制微环境从而导致HCC恶性进展的主要亚群。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
肝细胞癌发生过程中,哪些细胞亚群参与形成免疫抑制微环境,其起源和机制是什么?
核心机制
EP+Diff细胞恶性转化为GPNMB+Gal-3+ MTImmu细胞,其中SOX18是这一转化所必需的,MTImmu细胞通过表达免疫抑制配体(如CD274、LGALS3)抑制CD8+ T细胞功能,促进免疫逃逸。
主要证据
单细胞测序和轨迹分析揭示转化路径;流式共培养实验证明MTImmu抑制T细胞细胞因子产生;SOX18敲低和过表达实验验证其功能;临床样本和TCGA数据表明GPNMB、Gal-3、SOX18表达与预后相关。
研究意义
首次将特定免疫抑制性恶性转化与肝癌发生联系起来,为HCC早期诊断和术后免疫干预提供了可能性。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

单细胞转录组图谱构建

鉴定肝细胞癌发生过程中出现的细胞亚群及其转录特征

对DEN诱导大鼠不同时间点(0、4、8、12、16周)的肝脏组织进行scRNA-seq,对4例HCC患者的肿瘤和癌旁组织进行scRNA-seq,使用UMAP和t-SNE分析细胞类型,通过CNV推断恶性细胞。

2

细胞亚群鉴定和轨迹分析

确定HCMeta、EP+Diff和MTImmu亚群的分化关系

分离非恶性实质细胞和恶性细胞进行聚类分析,通过RNA velocity和拟时间分析构建分化轨迹,发现EP+Diff可转化为HCMeta或MTImmu。

3

GPNMB+Gal-3+细胞功能验证

验证GPNMB+Gal-3+细胞具有肿瘤形成和干性能力

从胎鼠肝脏分选EPCAM+细胞并注入DEN处理的大鼠,通过成球实验检测自我更新能力,并通过免疫荧光和流式验证细胞标记物。

4

免疫抑制功能验证

验证GPNMB+Gal-3+ MTImmu细胞抑制CD8+ T细胞的功能

通过细胞互作分析预测T细胞互作,并通过共培养实验检测CD8+ T细胞产生的IFNγ和GZMB;用免疫荧光观察肿瘤组织中PD-1+ T细胞的共定位。

5

SOX18功能验证

验证SOX18在恶性转化和免疫抑制中的必要作用

通过SCENIC分析识别MTImmu特异转录因子,使用siRNA敲低SOX18、YAP、HDAC2进行成球实验,通过敲低和过表达实验评估SOX18对T细胞功能的影响,并注射SOX18敲低的EPCAM+细胞观察成瘤能力。

6

临床相关性分析

评估SOX18、GPNMB和Gal-3表达与HCC患者预后和复发的关系

利用TCGA数据库和157例HCC患者的组织芯片进行免疫组化或免疫荧光染色,分析表达水平与复发率和总生存期的关系,以及表达相关性。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
二乙基亚硝胺Sigma-AldrichN0756
EpCAM微磁珠Miltenyi Biotec130-061-101
抗GPNMB抗体Abcamab188222
抗GFP抗体Abcamab290
抗PD1抗体Abcamab52587
抗EpCAM抗体Abcamab71916
抗半乳糖凝集素-3抗体Abcamab76466
抗SOX18抗体Santa Cruzsc-166025
抗GPNMB抗体Biossbs-2684R
抗半乳糖凝集素-3抗体Biossbs-20699
抗PON1抗体Biossbs-5107R
抗KDR抗体Biossbs-10412R
抗GZMB抗体Biossbs-1351R
抗IFNγ抗体Biossbs-0480R
抗PD1抗体NovusNBP1-77276
抗EpCAM抗体Biorbytorb15573
抗IFNγ抗体Biolegend502526
抗CD3抗体Biolegend201414
抗CD45抗体Biolegend202222/304062
IgG微磁珠Miltenyi Biotec130-048-602
TRIzol试剂Invitrogen--
Light Cycler 480系统Roche Diagnostics--

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
动物模型
DEN浓度、处理时间、大鼠品系和性别
阅读提示:参见Materials and Methods中Animal experiments部分
EPCAM+细胞注射
细胞注射数量、时间点、注射途径
阅读提示:参见Materials and Methods中Isolating and injection of fetal rat Ep-CAM+ cells部分
单细胞测序
组织处理、细胞活力、上机细胞数
阅读提示:参见Materials and Methods中Single-cell dissociation和Single-cell sequencing部分
共培养实验
分选细胞类型、T细胞来源、共培养时间
阅读提示:参见Figure 5 legend和Materials and Methods中相关部分
SOX18实验
siRNA序列、敲低/过表达效率、体内注射剂量
阅读提示:参见Materials and Methods中Knockdown of SOX18 by lentivirus部分