发文团队：四川大学华西医院的刘伦旭、沈慎思团队

发文期刊：Cell Reports Medicine（IF=14.3）

发文时间：2024年3月29日

研究结果：肺腺癌是一种癌症，表现出广泛的临床放射学表现，从磨玻璃影（GGO）到纯实性结节，其生物学特征差异很大。该研究通过机器学习、单细胞转录组测序和全外显子组测序分析了58名肺腺癌患者样本，并确定了六种与不同放射模式和癌细胞状态相关的肺多细胞生态型（LME）。早期癌症中与GGO相关的新抗原被CD8⁺T细胞识别，这表明存在免疫活性环境，而实体结节具有免疫抑制LME，由特异性基质细胞(如CTHCR1⁺成纤维细胞)驱动CD8⁺T细胞耗竭。该研究还发现了GGO样品中的EGFR(L858R)新抗原，提示潜在的CD8⁺T细胞活化。为肺腺癌的异质性提供了宝贵的见解，为早期疾病的靶向治疗提供了途径。诺禾致源提供了该文中的单细胞转录组制备捕获建库测序等服务。

主要结果：

为揭示早期GGO病变和晚期LUAD中存在的多细胞生态型和不同的细胞状态特征，研究者使用EcoTyper（一种结合scRNA-seq数据的机器学习框架）来分析58名患者的肺腺癌手术活检样本，结合全外显子组测序分析共鉴定出11种细胞亚型、42种不同的细胞状态以及6种不同的肺多细胞生态型（LMEs）。这些生态型与特定的放射模式和癌症细胞状态有关，反映了LUAD从GGO到晚期实质性结节的进展过程中的细胞状态变化，揭示了肺腺癌发展的异质性。

通过单细胞转录组分析和WES分析鉴定了3种恶性细胞，其中包括高度富集在GGO和固体相关腺癌中的细胞（Epi S02 和 Epi S03），Epi S02仅在以 pGGO 和 dGGO 为代表的早期肺恶性肿瘤中表达；而肿瘤实体部分同时表达Epi S02和S03基因特征，GGOs的早期发现显著提高了肺癌患者术后的总生存率。进一步探究由GGOs向晚期实体结节发展的过程中免疫微环境的变化，通过EcoTyper 算法分析，发现在晚期实体LUAD中，CD8+T细胞表现出耗竭状态。

同时，随着肺部病变从 GGO 向实性结节的进展，SPP1 巨噬细胞可能通过分泌白细胞介素-6（IL-6）和 IL1b 与调节性 T 细胞 （CD4T S01） 相互作用，以产生促肿瘤生态系统。

为了探究CD8⁺T细胞耗竭状态的出现是否可以帮助我们检测到早期GGO，通过scRNA和WES分析表明，在 LUAD 进展时新抗原数量不断增加，且新抗原数量的增加与 CNV 呈正相关，进一步分析，并未在HLA I类相关MHC多肽组学数据中检测到该抗原相关的肽，而在具有GGO放射学特征的患者肿瘤中检测到，这些结果表明，EGFR（L858R）相关的新抗原存在于早期LUAD的肿瘤中。

通过机器学习分析模型模拟体外基于EGFR新抗原肽刺激的实验，发现含有EGFR（L858R）突变的患者样本中，EGFR（L858R）-新抗原识别TCR的CD8⁺ T细胞的频率明显更高。这些结果表明，CD8⁺ T细胞可以在LUAD的早期阶段识别EGFR突变阳性的恶性细胞，而当 GGO 进展为实体结节时，这些识别EGFR（L858R）的特异性CD8⁺ T细胞会逐渐耗竭。

大量研究表明，T 细胞耗竭是由呈递抗原触发的 CD8⁺ T 细胞的独特分化谱系。在耗竭谱系中，祖细胞耗竭的 T 细胞产生终末耗竭的 T 细胞，这些 T 细胞积聚在肿瘤部位并且无法执行效应功能。尽管EGFR（L858R）相关的新抗原在LUAD的早期阶段被CD8⁺ T细胞识别，但研究发现祖细胞样CD8⁺ T细胞（CD8T S04）与淋巴样内皮细胞（Endo S01）和CD4⁺ Th细胞（CD4 S02）一起形成了LME04生态型。淋巴样内皮细胞Endo S01可能通过分泌 CCL21与相应的受体 CCR5 相互作用募集 CD8⁺ T 细胞来促进 LME04 的形成。后续研究证明虽然祖细胞 CD8⁺ T 细胞参与基于免疫检查点抑制剂的免疫治疗，但LME04 生态型的存在会阻碍瞬时CD8⁺ T 细胞的功能并减轻患者对免疫治疗的反应。这种免疫调节可能通过影响淋巴管内皮细胞与CD8⁺ T细胞的相互作用来促进肿瘤的进展。

综上，该研究首次从单细胞水平针对早期肺结节影像学特征开展研究，对早期GGO肺结节及不同大小的纯实性肺癌结节和淋巴结转移的肺癌结节进行全面的细胞分子水平的生物学机制探索：通过单细胞转录组数据，集成机器学习框架EcoTyper，识别了6种磨玻璃样变和实性肺癌中常见的多细胞生态位，揭示了疾病进展的关键细胞互作模式。通过分析HLA I类的MHC多肽组学数据，研究鉴定到GGO相关的新抗原EGFR（L858R），并初步探索了GGO中EGFR来源新抗原的潜在作用。这些结果为肺腺癌的异质性提供了宝贵的见解，为早期疾病的靶向治疗提供了途径。