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通过整合基因组分析以鉴定肺肿瘤内皮细胞异质性和血管生成候选物

2021-01-07 11:35
科研菌
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附图3:NSCLC样品中EC细胞的RNA原位杂交结果

作者使用飞行时间质谱分析(CyTOF),使用针对这些细胞的26种预选标记的金属结合抗体,对从NSCLC样品中新鲜分离的单个的癌症、EC和基质细胞中的标记基因的蛋白质水平进行了定量。

图3I-K:I:CyTOF数据的t-SNE图,以不同颜色区分基质和癌细胞表型 

J:通过CyTOF在基质细胞亚群中定量HLA-II表达 

K:通过scRNA-seq和CyTOF分析鉴定的EC表型的层次聚类 CyTOF识别的簇以蓝色表示。

图S4:A-B:根据CyTOF数据进行t-SNE后细胞的来源情况展示 

C-D:t-SNE中不同标记蛋白的表达 

E:EC表型指示标记蛋白的表达水平条形图 

F:hTECs和hPNECs中指示标记蛋白表达水平条形图

CyTOF单细胞数据的无偏聚类和t-SNE可视化揭示了EC,基质和癌细胞的独立簇(图3I和S4A–S4D)

与scRNA-seq一致,作者检测到I型(vWF-low)和II型(vWF-high)肺泡毛细血管EC,毛细血管后静脉EC(ACKR1-high / vWF-high)以及淋巴hPNEC和hTEC表型(PROX1-high)(图S4E)。

表达最高CXCR4(tip EC标记)水平但下调毛细血管标志物(CD36,CA4,HLA-II蛋白)的表型可能代表血管生成性hTEC。

检测到一个较弱的簇,作者将其认定为假定的活化毛细血管:与I型和II型毛细管相比,其毛细血管标志物(CA4,CD36,HLA-II)表达降低,但静脉TEC标志物vWF和tiphTEC标志物水平升高 CXCR4(图3J和S4E)。

CyTOF证实了毛细血管内皮细胞中HLA和CD36的水平升高,并在hTECs中被下调(图3J和S4F)。

为了验证使用scRNA-seq和CyTOF鉴定出的种群一致的观察结果,作者使用关键表面标记物(STAR方法)进行了层次聚类(图3K)。

LEC和毛细管EC聚集在一起,静脉EC与血管生成EC聚集在一起。

值得注意的是,多尺度自举分析表明,scRNA-seq解析的I型和II型毛细管EC最类似于其CyTOF对应物,这一结果在mRNA和蛋白质水平上交叉验证了2种不同的毛细血管表型的存在。

2.EC表型异质性可能的临床意义

尽管所有患者均未接受过早期治疗,作者仍在不同EC表型的相对分数中观察到了患者间异质性(图4A)。

在hPNEC中,检出的动脉,毛细血管,静脉和淋巴EC的比例各不相同,尤其是毛细hPNEC表型。

在hTECs中,毛细血管EC的数量减少了,这一结果已通过免疫组织化学证实(图4B), 尽管每个患者的程度不同。

腺癌中不成熟的hTECs较鳞状细胞癌更为丰富。

图4:A:患者间EC表型的分布情况 

B:以CD31和CD36免疫染色的人肿瘤周围组织(上)和NSCLC肿瘤(下)照片及定量

为了将EC表型特异性基因标记的表达与NSCLC患者生存相关联,作者利用了癌症基因组图谱(TCGA)的1,024个NSCLC患者的bulk RNA-seq数据集。利用公开资源(STAR方法)为每种表型鉴定EC特异性标记基因集后,作者使用基因集变异分析(GSVA)对1,024个中的每个标记的富集程度进行NSCLC患者评分,并分组进行生存分析。

鳞状(但未见腺癌)的NSCLC患者中拥有表达高水平的血管生成tipEC,

未成熟,活化的毛细血管后EC或淋巴TECs基因组特征的部分,这些患者总生存期较短,可能是因为这些特征反映了活跃的血管生成和淋巴瘤传播(图4C)。

图4C:对于TCGA来源数据使用GSVA根据EC表型分组后生存分析结果3.其他物种和模型中的肺肿瘤EC表型

为了比较跨物种的肺TEC分类法和模型,以在整合一致性分析中识别常见的血管生成TEC表型和靶标,作者使用了与人类来源相似的分析策略来构建了另外2种肺TEC分类法,主要研究了两种模型中的TEC情况

显微分离的29,007个小鼠mNEC和mTEC,其中存在是否接受过抗VEGF治疗的分型

来自人肺肿瘤的6,512个培养的hcTEC。

这两者均来自于LLC模型,因为它依赖于血管生成血管萌芽(AAT的靶标),这与其他临床前小鼠NSCLC肿瘤模型不同。

与在人肺中一样,作者鉴定了富集到的mNEC的表型,这些表型分别表达动脉(M1),I型和II型肺泡毛细血管(M2,M3),静脉(M4)和淋巴性(M5)EC的典型标志物(图5A-5D和S5A  –S5G)。

图5:A:小鼠模型实验流程 B:不同来源的EC在t-SNE分布情况 

C:整合后的t-SNE图(对不同亚群进行颜色注释) 

D:t-SNE聚类后的亚群标记基因的表达分布情况

图S5:A:mTECs和mNECs中EC表型的相对丰度。 

BC:标记基因在不同亚组中的表达热图 

D:所有已鉴定的mNEC和mTEC表型的不同基因表达谱的相关性热图 

E:在hTECs和hpNECs不同EC亚型的占比 

F:hTEC和hpNEC对不同亚型的贡献情况

图S5:G:在患者标本中对于所有细胞的聚类结果 

H:mNEC和mTEC的t-SNE图(H2-Aa和H2-Ab基因的) 

在鼠肺EC表型中所示的常驻内皮干细胞(ESC)标志物表达水平的热图。 

J-K:Glycam1基因或HEV标记基因集的颜色编码的mNEC和mTEC的t-SNE图

II型肺泡毛细血管内皮细胞表达参与MHC-II抗原呈递,加工和负载的基因水平最高(图S5B和S5H),但不表达共刺激基因Cd80和Cd86。

与NSCLC一样,在肿瘤中毛细血管EC的比例不足(图S5A;表S3),mTEC中典型的毛细血管基因特征表达下调,包括MHC-II表达(图S5H)。

除了一个毛细血管TEC表型(M6)外,mTECs下调了Cd36(一种涉及脂肪酸摄取的基因)(图5D)

与人肺不同,鼠肺中的静脉EC表型表达了先前在大型肺血管中发现的常驻内皮干细胞标志物(Cd200, Bst1)(图S5I)。

检测到增殖的(M7)和tip的(M8)mTEC(图5C和5E)。鼠肺中增殖的mTECs比人肺肿瘤中的丰富,这与鼠肺肿瘤的更快生长以及NSCLC中可能的不同类型肿瘤血管形成相一致(图5D和S5E)。

检测到不成熟的mTEC表型(M9)(图5C)。

与人类EC一致,观察到高静脉可塑性并检测到TEC丰富的表型,包括大静脉EC(M10)和毛细血管后静脉EC(M11)(图5C)。

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