单细胞转录组分析揭示宫颈癌中 CD8+ T 细胞异质性并构建预后模型:为精准免疫治疗开辟新道路

《BMC Cancer》:Single-cell transcriptomic analysis reveals CD8?+?T cell heterogeneity and identifies a prognostic signature in cervical cancer

【字体: 时间:2025年03月27日 来源:BMC Cancer 3.4

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  宫颈癌(CESC)严重威胁女性健康,现有免疫治疗效果不佳,对 CD8+ T 细胞在其微环境中的特性了解不足。研究人员整合单细胞 RNA 测序和批量转录组数据,对 CESC 中 CD8+ T 细胞展开研究。结果发现其 4 种亚群,构建了预后模型并筛选出索拉非尼,为精准免疫治疗提供了方向。

  宫颈癌是全球范围内严重威胁女性健康的恶性肿瘤之一,尽管现代医学在治疗手段上取得了一定进展,但宫颈癌患者的预后仍不尽人意。肿瘤微环境(TME)在癌症进展和治疗反应中起着关键作用,其中免疫细胞尤其是 CD8+ T 细胞,作为细胞免疫的主要效应细胞,能够通过直接杀伤肿瘤细胞和分泌细胞因子发挥抗肿瘤作用,是抗肿瘤免疫的关键参与者。然而,目前对宫颈癌微环境中 CD8+ T 细胞的异质性、功能以及它们在塑造肿瘤微环境中的作用了解甚少。传统的批量 RNA 测序无法捕捉单细胞的异质性,而单细胞 RNA 测序(scRNA-seq)虽能揭示细胞异质性,但整合 scRNA-seq 和批量 RNA-seq 数据来描绘宫颈癌中 T 细胞景观的系统性研究却很缺乏,这极大地阻碍了精准免疫治疗的发展。此外,开发基于 CD8+ T 细胞分子特征的预后模型,以及寻找潜在的治疗靶点和候选药物,对于改善宫颈癌治疗现状至关重要。
为了解决这些问题,广西医科大学等机构的研究人员开展了一项研究,旨在全面分析宫颈癌肿瘤微环境中 CD8+ T 细胞的异质性和功能动态,识别关键的 CD8+ T 细胞亚群,描绘其发育轨迹,揭示调节网络和细胞间通讯,并构建基于 CD8+ T 细胞分子特征的预后模型,寻找潜在的治疗靶点和候选药物。该研究成果发表在《BMC Cancer》杂志上。

研究人员开展此项研究用到的主要关键技术方法包括:从公共数据库获取 scRNA-seq 数据(GSE171894)、批量 RNA-seq 数据(TCGA 数据库、GEO 数据库)和临床信息;运用 Seurat 包整合 scRNA-seq 数据,进行细胞类型鉴定;使用 CellChatDB.human 数据库分析细胞间通讯;利用 Monocle 2 进行伪时间轨迹分析;通过 pySCENIC 工作流程构建转录因子调控网络;采用多种机器学习算法构建并验证预后模型;运用分子对接技术筛选潜在治疗药物。

研究结果如下:

  1. 细胞组成分析:通过对四个宫颈癌样本的单细胞 RNA 测序数据进行分析,共获得 21676 个细胞,这些细胞被分为 14 个不同的簇,并进一步归类为六种主要细胞类型,其中 T 细胞占比超过 25%12
  2. CD8+ T 细胞亚群特征:T 细胞进一步分为 CD4+ T 细胞和 CD8+ T 细胞,CD8+ T 细胞又被细分为四个亚群,即终末分化细胞(CD8_termi)、增殖细胞(CD8_prolif)、中间分化细胞(CD8_inter)和祖细胞(CD8_proge),各亚群具有独特的转录组特征和功能特性3
  3. 细胞间通讯分析:分析 CD8+ T 细胞亚群与肿瘤免疫微环境中其他免疫细胞的潜在相互作用,发现不同分化阶段的 CD8+ T 细胞与巨噬细胞 / 单核细胞具有不同的通讯模式,涉及细胞因子、趋化因子和共刺激分子等多种机制4
  4. 伪时间分析:伪时间轨迹分析揭示了 CD8+ T 细胞亚群的动态转录变化和发育途径,确定了三个基因簇,其表达在分化过程中呈现不同的变化趋势,且 CD8+ T 细胞标记 CD8A 的表达在分化过程中动态下降5
  5. 转录调控网络:分析四个 CD8+ T 细胞亚群的转录因子调控网络,发现不同亚群具有不同的转录因子活性模式,如 FOS 在 CD8_proge 细胞中起关键的中心调控作用,其下游靶基因参与多个免疫相关通路6
  6. 预后模型构建与验证:通过单变量 Cox 比例风险回归分析,从与 CD8+ T 细胞相关的差异表达基因中筛选出 64 个与总体生存显著相关的基因,构建了基于 8 个基因的 CD8+ T 细胞相关预后风险模型(TRS)。该模型在训练队列和独立测试队列中均表现出良好的预测性能,高风险组患者的生存率明显低于低风险组78
  7. 药物筛选与验证:基于 DrugBank 数据库进行虚拟筛选和分子对接分析,发现索拉非尼与八个关键 CD8+ T 细胞相关靶点具有较强的结合能力。实验验证表明,索拉非尼能够增强 CD8+ T 细胞的细胞毒性,抑制宫颈癌细胞的侵袭和存活910

研究结论和讨论部分指出,本研究整合 scRNA-seq 和批量 RNA-seq 数据,系统地阐明了宫颈癌中 CD8+ T 细胞的异质性、细胞分化轨迹、调控网络和细胞间通讯,鉴定了关键的预后基因并构建了预后风险模型,该模型具有独立的预后价值。此外,研究发现索拉非尼在宫颈癌免疫治疗中具有潜在应用价值,它可以增强 CD8+ T 细胞的功能,抑制肿瘤细胞的侵袭和存活。这些发现扩展了对宫颈癌中 CD8+ T 细胞机制的理解,为肿瘤微环境研究提供了新视角,凸显了单细胞组学在精准肿瘤学中的巨大潜力,有望推动精准免疫治疗的临床应用。然而,该研究也存在一些局限性,如所有队列研究均为回顾性研究,风险评分模型的构建可能受到数据的影响,单细胞 RNA 测序样本数量有限,索拉非尼的治疗效果缺乏动物模型和临床试验的验证等。未来需要进一步开展前瞻性队列研究、优化风险评分模型、扩大样本量以及进行体内实验和临床试验,以进一步验证研究结果,为宫颈癌的治疗提供更可靠的依据。

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