观速讯丨项目文章：单细胞测序探究免疫细胞群在癌症相关脂肪消耗中的作用-- 迪族网

观速讯丨项目文章：单细胞测序探究免疫细胞群在癌症相关脂肪消耗中的作用

来源：欧易生物　2023-01-28 15:39:15

前言

2022年11月15日，复旦大学附属中山医院吴国豪团队联合中国科学院上海营养与健康研究所丁秋蓉团队于Cell Discovery（IF：38.079）在线发表了免疫细胞群在癌症相关脂肪消耗中的最新研究成果，研究介绍了人类脂肪组织的细胞图谱，并揭示了恶病质患者中脂肪祖细胞和免疫细胞的细胞分布和功能分子特征的显著变化。

基本信息

(相关资料图)

期刊：Cell Discovery

影响因子：38.079

发表年月：2022-11-15

材料：4例CAC患者和4例非CAC患者，取皮下脂肪组织（SAT）和内脏脂肪组织（VAT）的血管基质部分（SVFs）进行单细胞测序

方法：10xGenomics单细胞3端测序

研究背景

癌症相关性恶病质（CAC）是一种病因复杂的综合征，其特征是骨骼肌和脂肪组织明显耗竭。CAC患者常表现为食物摄入量减少，能量消耗升高，分解代谢过剩和全身炎症。CAC会影响化疗和放疗的效果，降低生活质量并增加死亡率。

近年来的研究发现表明，脂肪的减少可能在功能上驱动CAC的肌肉损失。然而，近年来脂肪组织的单细胞表征研究主要集中在超重相关代谢综合征方面，很少有针对人体脂肪组织的研究。尽管白色脂肪组织（WATs）在CAC的发生发展中具有重要的功能作用，但目前尚无针对CAC患者脂肪样本采用单细胞策略的研究。

在本研究中，作者利用单细胞测序揭示了免疫细胞群在癌症相关脂肪消耗中的关键贡献。并通过单细胞转录组测序，对患有或不患有CAC的患者的白色脂肪组织间质血管部分进行了细胞鉴定分析，该研究报告了脂肪祖细胞和免疫细胞的储存和疾病特异性集群和发育轨迹。

研究结果

Result1 脂肪组织中非脂肪细胞部分的细胞群图谱

作者对4例CAC患者和4例非CAC患者的皮下脂肪组织（SAT）和内脏脂肪组织（VAT）的血管基质部分（SVFs）进行单细胞测序。通过其特定的marker基因鉴定出9种主要的细胞类型：祖细胞、T细胞、B细胞、巨噬细胞、自然杀伤细胞、浆细胞样树突状细胞、血管细胞、平滑肌细胞（图1a,b）。在细胞分布上分析发现CAC患者和非CAC患者在细胞分布上无明显差异（图1c）。在细胞类型上分析发现SAT和VAT中的细胞类型存在明显差异，SAT中含有更多的血管细胞且CAC患者SAT的免疫细胞明显高于VAT（图1d）。

图1 I有无CAC患病者的脂肪组织SVF中的细胞鉴定图谱分析

Result2 皮下脂肪组织和内脏脂肪组织中的脂肪祖细胞簇图谱

作者对VAT和SAT中的祖群进行了分析，鉴定出7种主要的细胞群：成脂祖细胞、内脏前脂肪细胞（vPreA）、皮下前脂肪细胞（sPreA）、成纤维细胞、间皮细胞−样祖细胞、脂肪干细胞样、炎症前体细胞（图2a）。拟时序分析发现成脂祖细胞在SAT中的细胞轨迹分析确定了两个不同的转变：ASC可以分化为sPreA或vPreA和成纤维细胞，表明sPreA和vPreA在脂肪形成过程中存在内在的差异（图2b）。使用SCENIC对SAT和VAT中前脂肪细胞的调控网络分析发现，SAT前脂肪细胞中FOS、FOSB和ATF3调控基因的活性显著升高，与VAT组相比，SAT组中的前脂肪细胞显示线粒体功能和脂肪酸代谢增强（图2c）。通路富集分析也表明，通路富集分析也提示SAT中PPAR信号通路活性较高，表现为FABP4、FABP5、ANGPTl4、LPL和CD36表达相对较高，与观察到SAT中祖细胞多为前脂肪细胞相一致（图2d, e）。

图2 |脂肪干细胞和祖细胞（ASPCs）细胞图谱分析

Result3 皮下脂肪组织和内脏脂肪组织中脂肪祖细胞的恶病质特异性改变

作者发现恶病质和非恶病质患者中的祖细胞变化存在差异，恶病质患者涉及呼吸链式反应的基因的总体表达量较低（图3a）。与无恶病质的患者相比，恶病质组的vPreA中主要调控脂肪细胞分化的基因明显减少，包括CEBPB、CEBPD、BMP2和KLF4（图3b, c）。此外，在非恶病质患者的VAT中发现了注释为间皮来源祖细胞（cluster 10)，它特异性表达ITLN1和MSLN，间皮细胞在保持内脏腔和脂肪组织处于正常和非炎症状态方面起着重要作用。因此，作者推测，在恶病质患者中，VAT中产生的间皮细胞的丢失可能导致了恶病质相关的炎症（图3d）。

SAT中的cluster 8（也被指定为炎症祖细胞）和VAT中的cluster 0被认为是恶病质特异性簇。作者对cluster 8中上调基因的功能分析显示，趋化因子信号通路、nod样受体信号通路以及补体和凝血级联反应显著富集，表明炎症反应被激活（图3e）。作者还在恶病质患者中观察到，肿瘤细胞分泌的某些蛋白组分至少部分促进了祖细胞趋化因子基因的表达（图3f）。

图3 | 恶病质特异性祖细胞簇的功能特征

Result4 皮下脂肪组织和内脏脂肪组织中免疫细胞簇图谱

作者对脂肪组织中的免疫细胞进行了分析鉴定，降维后聚类得到19个细胞簇，其中T/NK细胞进一步划分为10个簇(cluster 0，1，2，3，5，6，7，8，10和11)。SAT和VAT中免疫细胞组成虽然没有表现出显著差异，但大部分免疫细胞来自VAT。此外，VAT的B细胞和T细胞的比例更高，而SAT的巨噬细胞的比例更高。与非恶病质患者相比，恶病质患者有更多的脂肪浸润性免疫细胞，这与观察到的脂肪炎症相一致。作者还发现一个具有强大的增殖能力独特的T细胞亚群，它们的细胞周期标记物表达量要更高。

Result5 巨噬细胞在恶病质患者中表现为促炎性转变，并可能加重脂肪消耗

作者对巨噬细胞亚群进行分析鉴定，发现CAC组中免疫细胞中脂肪组织巨噬细胞（ATM）PVM、NPVM亚群的比例均下降（图4a）。在CAC组中，各种趋化因子基因向促炎特征显著转变，如CCL2,CCL8, S100A8, S100A9, TNF被显著上调（图4c）;而在非CAC组巨噬细胞中，与脂质代谢相关的基因显著上调，如CEBPD和ACSL1（图4d）。作者还发现，在CAC发育过程中，巨噬细胞剔除后，e WAT中的体重减轻、脂肪组织重量和脂肪细胞的体积显著增加（图4e, f, g）。

此外，作者使用氯膦酸二钠脂质体处理小鼠脂肪组织，脂肪甘油三酯脂肪酶（ATGL）的表达和参与脂解的两个关键酶激素敏感型脂肪酶（HSL）的磷酸化均降低，表明e WAT中激活的脂解减少（图4j, k）。在恶病质期间促进组织分解代谢的众所周知的细胞因子中，我们观察到在恶病质发展过程中附睾WAT中IFN - γ的mRNA和蛋白表达水平均增加，当用氯膦酸二钠脂质体处理时，IFN - γ的表达水平恢复到基础水平（图4l, m）。

图4 I 巨噬细胞的变化增强了脂肪组织的分解代谢活性

Result6 在恶病质患者的内脏脂肪组织中，CD8 + T细胞也表现出促炎特征和增强的细胞溶解效应活性

作者对T/NK细胞进行了降维聚类分析,聚类得到17个群体，T细胞进一步分为16个亚群，T细胞包含4种主要的细胞类型（图5a）。由于捕获的T细胞大部分来源于VAT(图5c，d)，作者接下来重点研究VAT在CAC期间免疫微环境的变化。

作者对CD8+T细胞进行拟时序分析，具有更高细胞毒性的TEMRA出现在轨迹分支的一端，而在另一个分支中，TRM作为中间状态出现，终止于活化的TEM（图6a）。CD8 + T细胞的差异基因表达分析显示恶病质患者中代表活化状态的基因表达显著升高，包括GZMH、GZMA、NKG7和IFNG（图6b, c）。对CD8+ T细胞中差异基因表达的GO分析显示，在CAC患者中，tcr介导的激活相关基因显著上调。而非恶病质患者CD8 + T细胞中，与功能失调表型和失活状态相关的基因如MT1X、MT1E、IL7R、ZFP36L2等在非恶病质患者CD8 + T细胞中高表达。此外，作者发现激活的CD8+ T细胞在体外对脂肪细胞具有促分解代谢功能，表明激活的CD8+ T细胞可能在恶病质发育过程中产生更多的IFN-γ并刺激脂肪分解代谢过程（图6d-l）。

图5 |SVF中NK/T细胞图谱分析

图6 | 恶病质和非恶病质患者VATCD8+T细胞的功能分析

Result7 细胞互作分析预测,在恶病质状态下人类白色脂肪组织互作组发生了剧烈的重塑

鉴于VAT中某些免疫细胞类型的组成和功能表型发生了显著变化，作者接下来探讨了这种激活状态的转变在多大程度上影响了细胞通讯。在CAC环境下，免疫细胞之间的配体-受体配对数量显著增加，特别是那些涉及巨噬细胞的细胞（图7a）。然后，作者分析来揭示CAC期间巨噬细胞的潜在靶细胞（图7b），发现髓系细胞在表型和功能上有密切联系。除了单核细胞和cDC2Bs外，与其他免疫细胞类型相比，CD8+ T细胞与巨噬细胞表现出更广泛的通信。作者发现，免疫细胞之间的相互作用分析表明，在恶病质发育过程中，巨噬细胞和CD8+ T细胞之间存在很强的相互作用（图7c）。

图7 | VAT中免疫细胞的细胞配体-受体推断分析

文章总结

癌症相关性恶病质（CAC）中相关脂肪组织的丢失可能是促进此病发生的原因。作者通过单细胞转录组学，对CAC患者和非CAC患者的白色脂肪组织的基质血管成分进行了分析。绘制了脂肪祖细胞的免疫细胞的细胞图谱和发育轨迹。来源于CAC患者脂肪组织的脂肪祖细胞、巨噬细胞和CD8+T细胞中发现了明显的促炎转变，这些细胞和其之间的相互作用发生了显著地重塑，表明了它们在促炎方面具有协同作用。值得注意的是，活化的CD8+T细胞特异性地促进了恶病质患者脂肪组织中IFNG的表达，并在体外对脂肪细胞表现出显著的促分解代谢作用；而在CAC动物模型中，巨噬细胞耗竭导致脂肪分解代谢明显恢复，恶病质减轻。作者的研究揭示了CAC中慢性炎症和脂肪消耗的致病机制。

DOI:10.1038/s41421-022-00466-3

关键词：脂肪组织免疫细胞巨噬细胞

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