单细胞交响乐
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2.2.6 研究 | 2021-多发性骨髓瘤发展过程中肿瘤和免疫细胞的共同进化

刘小泽写于2021.5.10

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摘要

  • 多发性骨髓瘤(Multiple myeloma,MM)的特点是浆细胞的扩增不受控制。目前对该疾病进展不完全了解,因此仍无法治愈
  • 使用single cell RNA and linked-read whole genome sequencing,对14例患者不同疾病阶段的29个样本进行分析,得到17,267个浆细胞和57,719个免疫细胞,发现了患者浆细胞和免疫细胞表达谱的变化
  • 将具有相同变化的浆细胞和免疫细胞聚在一起,再通过bulk genomics & single cell mapping,追踪到了疾病各个阶段的浆细胞亚群,发现了3种模式:稳定型(癌前期到诊断期)、获得突变型与缺失突变型(从诊断期到复发期)
  • 多个病人检测到“B细胞特性”的浆细胞,和B细胞群容易聚在一起,暗示了细胞起源
  • 使用基于CyTOF(单细胞质谱流式技术)验证浆细胞亚群中AP-1转录因子复合体的差异表达,然后AP-1的下游靶标(IL6和IL1B)可能导致炎症

实验设计

左边是所有的病人样本,采用了很多技术:10xWGS, scRNA, Bulk RNA, WES, WGS。至少一个样本同时利用了scRNA-seq和10x Genomics linked-read whole-genome sequencing (10xWGS)
右边是每个病人的治疗过程
又看了14个病人的拷贝数变异、结构变异、驱动突变
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14个病人的整合分析

先看每个病人的细胞组分:
然后是不同时期的病人整合
又加入了4个健康人的数据作参考,看不同病人肿瘤免疫微环境的差异
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研究B细胞谱系以及正常、恶性浆细胞的转化

组合了21个肿瘤样本和4个正常样本的B细胞、浆细胞
  • 病人的B细胞和正常样本的B细胞混在一起,分在了同一个群;并且存在三个小的B细胞群,还主要来自正常样本,它们高表达SOX4, VPREB3, MME,说明是primitive B细胞
  • 正常样本的浆细胞混在了肿瘤样本浆细胞中,说明这些肿瘤浆细胞和正常的浆细胞存在相似的表达谱
  • 分析了B细胞和浆细胞的拷贝数,发现有17个样本出现了chr13缺失。它也可以作为恶性浆细胞表达量的一个衡量指标

从SMM到初期,浆细胞的亚群的变化

Smoldering multiple myeloma (SMM) is an early precursor to a rare blood cancer known as multiple myeloma, which affects plasma cells.
病人(58408)的SMM和初期阶段都可以将浆细胞分成两群
然后要研究肿瘤初期的浆细胞是不是来自SMM时期,于是把两个时期的细胞整合在一起,发现:两个时期的cluster1和cluster2都分别混在了一起
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之后又比较了这些cluster之间的基因组变异和表达量差异,发现SMM和primary stage的cluster1都出现了chr13拷贝数缺失,而它们的cluster2都是正常的拷贝数;另外chr5和chr15页表现一致,说明:Primary 的第1亚群可能来自SMM的第1亚群,Primary 的第2亚群可能来自SMM的第2亚群
然后同样又对另外的两个病人 (47491 and 37692) 进行同样分析,得到结论:从SMM到初期,浆细胞的亚群是保持稳定的

从初期到复发,浆细胞的亚群的变化

利用病人(27522)4个时期的数据:
初期有4个亚群 (P.1–P.4),除了P.4都表现了chr13的部分缺失
之后看了Remission (RM), Relapse-1 (RL1), and Relapse-2 (RL2) 三个时期,发现:
  • Relapse-2 包含了3个不同的亚群:恶性 RL2.1(somatic mutations and deep chromosome 13 deletion)、“B cell-like” RL2.2 (strong B cell marker expression)、“过渡态” RL2.3 (without somatic mutations detected but with shallow chromosome 13 deletion)
  • 发现一些缓解期的细胞和复发期的细胞混在了一起,推测:缓解期的细胞可能是由于躲避治疗求生存的复发期的“种子”
结论:从初期到复发,浆细胞亚群出现了动态的拷贝数增加和缺失

最后检测AP-1在浆细胞亚群中的差异表达

  • 上图:每个亚群的FOS和JUN的表达量均值
  • 下图:FOS和JUN在几个感兴趣的样本中的表达
其中AP-1高表达的亚群可能是骨髓瘤的发展过程中的重要一环
提出了一个AP-1对表型影响的机制模型: