Nat Commun | BRCA1/2突变的高级别浆液性卵巢癌的单细胞肿瘤免疫微环境
Nat Commun | BRCA1/2突变的高级别浆液性卵巢癌的单细胞肿瘤免疫微环境
在所有卵巢癌中，高浆液性卵巢、腹膜或输卵管癌(HGSC)是最常见的亚型，是所有卵巢癌相关死亡70-80%的原因。HGSC的5年总生存率很差，接近40%。典型的20-22%的HGSC肿瘤通过胚系或体细胞突变或高甲基化，缺乏BRCA1或BRCA2基因。初步证据表明，HR缺陷肿瘤具有独特的肿瘤免疫微环境。BRCA1/2mut肿瘤被预测比HR通路基因无改变(HRwt)的肿瘤含有更多的新抗原、肿瘤浸润淋巴细胞，与HR良恶性肿瘤相比PD-L1表达升高。然而，目前对BRCA1/2突变肿瘤的肿瘤微环境(TME)及肿瘤、免疫和基质细胞相互作用的全面认识尚未见报道，新的免疫疗法和患者分层的发展一直受到阻碍。
该研究利用高度多重免疫荧光和图像分析，研究了卵巢癌的遗传特征如何影响肿瘤和免疫细胞之间的相互作用，进一步阐明BRCA1/2突变如何塑造肿瘤微环境的细胞表型和空间相互作用。研究人员按照tCycIF方案对44例HGSC患者（31个BRCA1/2 mut和13个HRwt）的21个标志物进行了多重免疫染色，使用RareCyte CyteFinder扫描仪进行扫描，基于成像的单细胞数据，对124,623个单细胞进行了深度表型分析，以揭示肿瘤免疫和基质细胞亚群在HGSC 肿瘤微环境中的作用。采用聚类方法将单细胞分类为肿瘤细胞、免疫细胞和基质细胞，然后是功能细胞亚群，肿瘤微环境(TME)组成、细胞多样性和功能状态与患者的临床预后相关。
图1 多重免疫荧光成像显示单细胞分辨率的TME组成
图2 总结BRCA1/2mut和HRwt肿瘤的TME差异
免疫亚型与HGSC HR基因型的免疫多样性相关。通过对所有免疫细胞中不同免疫细胞亚型的比例进行分级聚类，发现IBA1 + CD163+巨噬细胞-主导免疫成分的肿瘤几乎完全是BRCA1突变。与之前的研究结果一致，在所有患者中，较高的CD8 + T细胞浸润与较长的PFI相关，但与OS无关。然而，这种差异不显著，分析仅限于BRCA1/2mut或HRwt肿瘤患者。有趣的是，更高的CD4 + T细胞浸润与PFI更长。在HRwt肿瘤中的免疫细胞SDI（Simpson’s diversity index）高于BRCA1/2mut肿瘤，并且SDI与总免疫细胞浸润没有相关性，BRCA1/2mut肿瘤中免疫微环境的多样性与具有抗原提呈能力的细胞的增加有关。
通过单细胞免疫表型分析，观察到在BRCA1/2mut肿瘤中CD8 + T细胞浸润在多个髓系细胞中，增强了免疫监测能力，重要的是CD8 + T细胞在BRCA1/2mut肿瘤中具有较高的PD-1表达，这意味着对PD-1/ PD-L1靶向免疫检查点治疗的易感性可能增强。
另外独特的单细胞数据集进一步表征细胞功能状态的关联及其空间相互作用，研究表明在BRCA1/2mut肿瘤中，CD8 +和CD4 + T细胞对高度增殖的上皮细胞的免疫监视是由空间吸引力调节的，而不仅仅是由它们的细胞丰度。
图3 不同的免疫微环境与HGSC的免疫多样性和临床结果相关
接下来，使用肿瘤细胞簇来检测肿瘤单细胞表型标记表达。与HRwt肿瘤相比，BRCA1/2mut肿瘤中所有细胞中增殖的上皮细胞的比例总体上增加。研究发现在HR基因型的增殖上皮细胞中Ki67的表达具有相反的预后作用，BRCA1/2mut肿瘤患者中，Ki67的高表达与PFI（platinum-free interval, PFI）延长相关。相反在HRwt肿瘤患者中观察到相反的趋势，Ki67的低表达与更好的PFI相关。这种差异至少部分地解释与HRwt肿瘤相比，BRCA1/ 2mut肿瘤中高增殖的上皮细胞可能对铂基化疗更敏感，揭示了肿瘤细胞功能增殖状态在临床上的潜在重要作用，同时促进了HGSC预后和预测性生物标志物的开发。重要的是，多变量生存分析证实，增殖的上皮细胞中Ki67表达的预后作用并不独立于空间CD8 +和CD4 + T细胞群落，这意味着细胞亚群的协调和空间相互作用需要传递预后相关性。因此，该研究对TME的单细胞空间分析阐明了肿瘤细胞基因型和免疫浸润如何影响HGSC患者预后的机制。
图4 在BRCA1/2mut肿瘤中，肿瘤聚类功能状态与临床结果相关
为了进一步研究肿瘤聚类、免疫亚型和间质聚类在HR基因型中的相互作用，深入研究了BRCA1/2mut和HRwt肿瘤中细胞类型比例的相关性，肿瘤细胞亚群对免疫微环境有不同的塑造作用。BRCA1/2mut肿瘤的特征是CD8 +和CD4 +T细胞和B细胞的高浸润，与其他免疫刺激细胞呈正相关，提示在BRCA1/2mut肿瘤中免疫细胞协同作用。相反，HRwt肿瘤的特征是间质聚簇的增加，它们与CD4 + T细胞呈负相关，并且在PCA图中发挥反对免疫细胞浸润的作用。
图5：BRCA1/2mut和HRwt肿瘤中细胞类型比例的相关性；分别计算BRCA1/2mut和HRwt肿瘤的主成分分析（PCA）
总之，单细胞分析凸显了BRCA1/2缺失和HRwt肿瘤的功能和空间差异，强调了对这些临床亚群采取不同治疗策略的必要性。揭示肿瘤基因型对TME、细胞表型和空间群落的影响，将有助于开发更有效的免疫治疗策略和改善HGSC的患者分层。
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