整合单细胞和空间转录组分析描绘肢端黑色素瘤的早期播散机制

Delineating the early dissemination mechanisms of acral melanoma by integrating single-cell and spatial transcriptomic analyses.

作者信息Chuanyuan Wei, Wei Sun, Kangjie Shen, Jingqin Zhong, Wanlin Liu, Zixu Gao, Yu Xu, Lu Wang, Tu Hu, Ming Ren, Yinlam Li, Yu Zhu, Shaoluan Zheng, Ming Zhu, Rongkui Luo, Yanwen Yang, Yingyong Hou, Fazhi Qi, Yuhong Zhou, Yong Chen, Jianying Gu
PMID38065972
发布时间2023-12-08
DOI10.1038/s41467-023-43980-y

实验完整度

高

包含scRNA-seq、ST-seq、小鼠足垫移植模型、多重复免疫组化及公共数据集验证,并有Etomoxir功能干预。

主要模型

12例AM患者原发肿瘤组织(scRNA-seq) 5例AM患者原发肿瘤组织(ST-seq) C57BL/6小鼠B16F0-Mitf足垫移植模型 101例AM组织芯片(多重IHC)

重点核对

MYC+MEL和FGFBP2+NKT细胞在LN+AM与LN-AM中的比例差异(scRNA-seq,LN+AM n=6,LN-AM n=6) Etomoxir(40 mg/kg,每日皮下注射)对B16F0-Mitf小鼠淋巴结转移的抑制效果(n=9/组) FGFBP2+NKT细胞在101例AM组织中的多重IHC验证及生存分析 ST-seq中MITF表达与FAO评分的空间一致性(5例患者)

摘要

肢端黑色素瘤(AM)是一种罕见的黑色素瘤亚型,以淋巴结(LN)转移高发为特征,而淋巴结转移是肿瘤播散和治疗决策的关键因素。本研究采用单细胞和空间转录组分析,探究AM早期播散的动态演化。我们的发现揭示了AM中存在显著的肿瘤间和肿瘤内异质性,同时伴有高度免疫抑制的肿瘤微环境和复杂的细胞间通讯网络,尤其在淋巴结转移患者中更为明显。值得注意的是,我们发现MYC+黑色素瘤细胞(MYC+MEL)和FGFBP2+NKT细胞与淋巴结转移密切相关。此外,我们证明淋巴结转移需要MYC+MEL细胞中由MITF诱导的向脂肪酸氧化(FAO)的代谢转变。Etomoxir作为一种临床批准的FAO抑制剂,能够有效抑制MITF介导的淋巴结转移。该综合数据集加深了我们对AM淋巴结转移的理解,并为早期AM播散的治疗靶向提供了见解。

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
肢端黑色素瘤早期淋巴结转移的细胞组成、空间特征及分子机制是什么?
核心机制
MYC+MEL细胞中MITF诱导脂肪酸氧化(FAO)代谢转变,促进淋巴结转移;Etomoxir抑制FAO可抑制该过程。
主要证据
scRNA-seq和ST-seq揭示LN+AM中MYC+MEL增加、FGFBP2+NKT减少及FAO通路激活;小鼠足垫移植模型证实Mitf过表达促进淋巴结转移且Etomoxir抑制转移;多重IHC在临床样本中验证FGFBP2+NKT减少与预后不良相关。
研究意义
为理解AM淋巴结转移机制提供资源,并提示靶向MITF-FAO轴可能用于抑制早期AM播散。

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

刻画AM肿瘤生态系统及LN+AM与LN-AM的细胞组成差异。

对12例AM患者原发肿瘤组织进行scRNA-seq,整合分析获得52,382个细胞,注释为13种细胞类型。

2

空间转录组分析

在空间层面验证细胞类型分布及免疫细胞浸润差异。

对5例AM患者原发肿瘤组织进行ST-seq,使用CARD和RCTD进行反卷积分析。

3

黑色素瘤细胞亚群鉴定与功能分析

解析黑色素瘤细胞异质性,鉴定与LN转移相关的亚群。

将23,501个黑色素瘤细胞重新聚类为5个亚群,进行SCENIC、伪时间轨迹和RNA velocity分析。

4

MITF-FAO轴功能验证

验证MITF通过FAO促进淋巴结转移。

构建Mitf过表达B16F0细胞,植入C57BL/6小鼠足垫,并用Etomoxir处理,检测腘淋巴结转移。

5

免疫细胞亚群分析及临床验证

探究免疫细胞亚群变化与LN转移的关系,并在临床样本中验证。

对13,521个免疫细胞进行亚群分析,使用多重IHC在101例AM组织芯片中验证FGFBP2+NKT细胞。

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
Miltenyi肿瘤解离试剂盒Miltenyi--
Chromium Next GEM单细胞3'试剂盒(版本3.1)10× Genomics--
Illumina Nova-Seq 6000 PE150测序系统Illumina--
Visium空间转录组平台10× Genomics--
抗MITF抗体(ab303530)ABCAMab303530
DAB显色试剂盒Gene Tech--
抗CD8抗体(BX50036)BiolynxBX50036
抗CD4抗体(BX50023)BiolynxBX50023
抗NCAM1抗体(3576S)CST3576S
抗FGFBP2抗体(HPA039180)SIGMAHPA039180
抗FAP抗体(BM5121)BosterBM5121
抗CD31抗体(3528S)CST3528S
抗Galectin-9抗体(NBP2-45619)NOVUSNBP2-45619
抗TIM3抗体(45208S)CST45208S
抗CD45抗体(BX50068)BiolynxBX50068
抗CD44抗体(3570S)CST3570S
乙莫克舍Sigma-Aldrich--
RIPA裂解液BeyotimeP1005
抗MITF抗体(ab303530)ABCAMab303530
抗Histone-H3抗体(17168-1-AP)Proteintech17168-1-AP
二抗(P0208)BeyotimeP0208

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
患者样本纳入
LN+AM与LN-AM分组标准、样本来源(FDZSH/FDSCC/GEO GSE189889)、是否接受过抗肿瘤治疗
阅读提示:Methods-Patient specimens;Supplementary Table 1
单细胞RNA测序
细胞悬液制备流程、测序平台、数据质控标准(UMI/gene阈值、线粒体比例)
阅读提示:Methods-Preparation of single-cell suspensions;Droplet-based single-cell RNA sequencing;scRNA-seq data processing
空间转录组测序
组织切片透化时间、测序平台、spot质控参数
阅读提示:Methods-Data analysis of ST-seq
小鼠足垫移植模型
细胞接种数量(5×10^5)、Etomoxir剂量(40 mg/kg)、给药途径(皮下注射)、给药起始时间(第二周)、终点(第25天)
阅读提示:Methods-Animal models;Fig. 4f
多重免疫组化
抗体面板、稀释比例、抗原修复条件、检测设备
阅读提示:Methods-Multiplex IHC;Supplementary Table 3