HPV驱动的宫颈癌异质性:基于单细胞RNA测序分析研究上皮细胞和肌成纤维细胞在肿瘤进展中的作用

HPV-driven heterogeneity in cervical cancer: study on the role of epithelial cells and myofibroblasts in the tumor progression based on single-cell RNA sequencing analysis.

作者信息Yunyun Zhang, Yu Zhang, Chenke Pan, Wenqian Wang, Yao Yu
PMID39346086
期刊PeerJ
发布时间2024-09-25
DOI10.7717/peerj.18158

实验完整度

包含scRNA-seq数据分析、GSEA、CNV分析及细胞系验证实验,但缺少动物模型和临床样本验证。

主要模型

HeLa宫颈癌细胞系 HUCEC正常宫颈子宫内膜细胞系 GSE197461队列的宫颈腺癌样本

重点核对

HPV阳性与阴性样本分组:ADC_1、ADC_2、ADC_3为HPV+,ADC_4、ADC_5为HPV− 细胞聚类参数:dims=1:30,resolution=0.1;上皮细胞和肌成纤维细胞细分时dims=1:20,resolution=0.2 RT-qPCR验证的标记基因:APOC1、CEACAM6、FOXP3、SFRP4、TFF3、GZMA TFF3沉默实验:siRNA靶序列和转染试剂Lipofectamine 2000 细胞迁移和侵袭实验:Hela细胞数量、培养时间、Matrigel和Transwell小室规格

摘要

背景:宫颈癌(CC)是一种具有高度异质性的肿瘤。我们旨在探索CC治疗的肿瘤微环境(TME)特征。方法:从基因表达综合(GEO)数据库获取宫颈癌(CC)患者的HPV阳性(+)和阴性(−)样本。利用Seurat包对单细胞RNA测序(scRNA-seq)数据进行处理和细胞类型注释。随后,运用实时PCR(RT-PCR)和Transwell实验分析标记基因的表达水平和生物学作用。此外,通过ClusterProlifer和inferCNV软件包评估显著差异表达基因和拷贝数变异的富集情况。结果:基于总共12,431个细胞,分类出七个主要细胞簇。HPV− CC样本表现出更高的免疫细胞浸润水平,而HPV+ CC样本中上皮细胞和肌成纤维细胞的比例更高,且具有广泛的异质性。包括抗原处理和呈递、免疫球蛋白产生以及T细胞介导的免疫在内的免疫途径在HPV− CC组中显著激活,且细胞周期和增殖活性较低。然而,在HPV+ CC组中,这些细胞的抗肿瘤免疫受到抑制,细胞增殖活性较高。此外,拷贝数变异的扩增和缺失也支持HPV− CC样本中的这些细胞倾向于抗肿瘤激活。进一步的细胞验证结果显示,除GZMA外,APOC1、CEACAM6、FOXP3、SFRP4和TFF3在CC细胞Hela中水平均较高,且沉默TFF3可抑制CC细胞的体外迁移和侵袭。结论:本研究强调了HPV感染在CC进展中的关键作用,为优化当前该癌症的预防筛查和个体化治疗提供了新的分子基础。

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
HPV阳性与阴性宫颈癌在肿瘤微环境中的异质性及其对肿瘤进展的影响。
核心机制
HPV感染通过影响上皮细胞和肌成纤维细胞的细胞周期、增殖和免疫相关通路,促进肿瘤进展,而HPV−样本中这些细胞倾向于抗肿瘤激活。
主要证据
基于GSE197461队列的scRNA-seq分析显示HPV+样本中上皮细胞和肌成纤维细胞比例增加且增殖相关通路激活;RT-qPCR和功能实验验证了标记基因表达,并显示TFF3沉默抑制Hela细胞迁移和侵袭。
研究意义
研究提供了HPV在宫颈癌中致癌作用的新见解,为开发靶向治疗提供了潜在靶点。

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RNA测序数据处理和细胞聚类

识别HPV+和HPV−宫颈癌样本中的主要细胞类型及其比例差异。

从GSE197461获取5个宫颈腺癌样本的scRNA-seq数据,使用Seurat包进行质量控制、归一化、批次效应去除和UMAP降维聚类,得到7个主要细胞簇。

2

基因集富集分析

比较HPV+和HPV−组中上皮细胞和肌成纤维细胞的生物学通路差异。

使用Seurat的FindMarkers识别差异基因,然后使用ClusterProlifer的gseGO和gseKEGG进行GO和KEGG富集分析,并用GseaVis可视化。

3

拷贝数变异分析

分析上皮细胞和肌成纤维细胞在HPV+和HPV−组中的拷贝数变异模式。

使用inferCNV包分析CNV,以B细胞为参考。

4

上皮细胞和肌成纤维细胞异质性分析

细分上皮细胞和肌成纤维细胞亚群,探索其功能差异。

将上皮细胞细分为3个亚群,肌成纤维细胞细分为2个亚群,并进行功能富集分析。

5

体外细胞验证

验证标记基因在宫颈癌细胞系和正常细胞系中的表达差异,并评估TFF3沉默对细胞迁移和侵袭的影响。

使用RT-qPCR检测APOC1、CEACAM6、FOXP3、SFRP4、TFF3和GZMA在Hela和HUCEC细胞中的mRNA水平;使用划痕实验和Transwell实验评估TFF3沉默的Hela细胞迁移和侵袭能力。

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
RPMI-1640培养基Procell Lifescience Co., Ltd.PM150110
MEM培养基Procell Lifescience Co., Ltd.PM150410
胎牛血清Procell Lifescience Co., Ltd.164210
抗生素Procell Lifescience Co., Ltd.PB180120
Lipofectamine 2000转染试剂盒Invitrogen11668-027
Matrigel基质胶Corning, Inc.354230
8 μm孔径Transwell小室Corning, Inc.3422
4%固定液SolarbioP1110
0.1%结晶紫染色SolarbioG1063
TRIzol试剂Invitrogen15596-026
RT-qPCR试剂盒SolarbioK16325
SYBR Green PCR预混液SolarbioSR1110
倒置光学显微镜Olympus Corp.DP27
ImageJ图像分析软件National Institute of Health--

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
单细胞RNA测序数据处理
样本分组:HPV+(ADC_1, ADC_2, ADC_3)和HPV−(ADC_4, ADC_5);细胞筛选阈值:200-7000个基因,线粒体基因比例<10%
阅读提示:参见Materials and Methods中的'Data acquisition'和'Analysis of scRNA-seq landscape of the ADC samples'
基因集富集分析
差异基因筛选标准:log2FC显著;GO和KEGG富集的参数
阅读提示:参见Materials and Methods中的'Gene set enrichment analysis'
拷贝数变异分析
inferCNV参数设置:cluster_by_groups=TRUE, analysis_mode='subclusters', HMM_type='i3', denoise=TRUE, HMM_report_by='subcluster', HMM=TRUE
阅读提示:参见Materials and Methods中的'Copy number variation analysis'
RT-qPCR验证
引物序列:APOC1, CEACAM6, FOXP3, SFRP4, TFF3, GZMA, GAPDH;内参基因GAPDH;相对定量方法2−ΔΔCT
阅读提示:参见Materials and Methods中的'Real-time quantitative PCR'及图7图例
细胞迁移和侵袭实验
划痕实验:1×10^5 Hela细胞,血清饥饿48小时;Transwell实验:1×10^6 cells/mL,8 μm孔径,48小时;Matrigel包被
阅读提示:参见Materials and Methods中的'Cell migration and invasion assays'