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烈冰生物合作伙伴上海交通大學醫學院附屬仁濟醫院薛婧團隊于近期在Cancer Cell 期刊發表了題為：Tumor cell-intrinsic epigenetic dysregulation shapes cancer-associated fibroblasts heterogeneity to metabolically support pancreatic cancer 的研究論文。作者基于臨床數據以及小鼠腫瘤模型的單細胞轉錄組測序數據，鑒定出一類獨特的富脂型CAF亞群，并詳細解析了SETD2缺失型的胰腺腫瘤調控CAF異質性、以及富脂型CAF如何促進腫瘤細胞代謝重塑的交互機制。烈冰生物參與了本研究中的單細胞測序實驗和數據分析工作。
發表日期：2024年4月
發表期刊：Cancer cell
影響因子：IF=50.3
胰腺導管腺癌（PDAC）是一種高度致命的實體瘤，腫瘤相關成纖維細胞（CAFs）在胰腺癌的免疫微環境中含量豐富，在起源、表型和功能上表現出顯著的異質性，包括iCAF（炎癥成纖維細胞）、myCAF（肌成纖維細胞） 和 apCAF （抗原呈遞類成纖維細胞）。不同的CAF亞群通過細胞因子和代謝物的分泌影響腫瘤和免疫細胞，盡管CAF異質性受到腫瘤細胞和TME信號的空間調控，但腫瘤內在因素，特別是表觀遺傳失調，對CAF表型和功能多樣性的影響仍然不清楚。
組蛋白甲基轉移酶SETD2，其突變或拷貝數變異（CNV）在各種腫瘤類型中普遍存在。過去幾年，研究團隊圍繞SETD2，在胰腺癌中開展了全面探索，并發現SETD2缺失的胰腺腫瘤細胞通過招募和重塑中性粒細胞而有效抑制殺傷性T細胞的策略（Niu N, et al. Advanced Science，2023）。因此，在本研究中作者進一步的探索了SETD2缺失對胰腺腫瘤CAF異質性的影響及其在腫瘤代謝中的作用。
實 驗 分 組
SETD2野生型（Pdxcre；LSL-KrasG12D，KC）：SETD2缺陷型（Pdxcre；LSL-Kras G12D；SETD2 f/f；KSC）=4：3（10周齡）；
采樣組織：小鼠胰腺腫瘤
單 細 胞 捕 獲 平 臺
10X Genomics平臺
主 要 技 術 手 段
單細胞轉錄組(scRNA-seq)測序、基因工程小鼠模型（GEMM）、代謝功能分析等
Novelbrain云平臺分析工具
細胞聚類分析、SubCluster分析、差異基因表達分析、GO/Pathway分析、擬時序(Pseudotime)分析、GSEA基因集富集分析、細胞通訊分析、SCENIC分析
3主要研究結果
01 單細胞測序初步分析與細胞類型確認
首先，基于胰腺癌的TCGA和QCMG臨床數據庫進行分析，研究者發現SETD2缺陷型胰腺癌樣本中線粒體氧化磷酸化（OXPHOS）顯著增強，這一現象有別于以KRAS和TP53突變為主的胰腺腫瘤樣本。
接著，研究者對來自小鼠模型的胰腺腫瘤組織進行單細胞測序分析。為了保證后續分析的可靠性，研究者與烈冰的生信團隊對數據進行嚴格的質控，通過細胞聚類分析共鑒定6個細胞大類，共計6,190個細胞。包括腺泡細胞和導管細胞、內皮細胞、成纖維細胞、巨噬細胞、中性粒細胞以及T細胞和NK細胞。
為了進一步分析腺泡（acinar）和導管（ductal）細胞的細微差異，研究者對其進行細胞重聚類分析得到了5個亞群。其中，一個表達Amy2和Prss1標記基因的腺泡細胞亞群占主導地位，代表了超過一半的細胞；此外，一個定義為腺泡-導管化生（ADM）的亞群共同表達了腺泡和導管標記基因（Sox9、Krt19和Epcam）；三個細胞亞群僅表達導管標記（ductal #1、#2和#3）。擬時序分析結果揭示了從腺泡到ADM的主要時間軌跡，分化成不同的導管細胞亞群，特別是ductal #2和#3。其中，Ductal #3主要來自于SETD2缺陷型（KSC）腫瘤。
此外，GO富集分析結果顯示炎癥反應、脂質代謝過程、OXPHOS和細胞分化在ductal #3中尤為顯著。SCENIC分析加強了這些發現，表明在ductal #3中富集了與干細胞特性相關的轉錄因子。一致地，GSEA分析確認了來自KSC腫瘤OXPHOS和脂肪酸代謝在導管惡性細胞（ductal #1、#2和#3）中的富集。最后，利用代謝功能學實驗Seahorse進行驗證，研究者明確了OXPHOS增強主要發生于胰腺腫瘤Ductal細胞。
02 單細胞測序鑒定出一個獨特的CAF亞群
研究者通過觀察病理切片，發現SETD2缺陷型腫瘤中出現了大量的脂肪樣細胞。免疫熒光染色確定了這些細胞源于CAFs。研究者重新分析單細胞測序，聚焦于CAF亞群，鑒定出4個CAF亞群（C0-C3）。并識別出一個特殊的CAF亞群（C2 CAF），該亞群細胞富含脂質，并且表達ABCA8a基因。有趣的是，C2 CAF作為一個獨特的亞群出現，獨立于myCAF、iCAF和apCAF集群。
進一步研究表明，具有脂質代謝轉錄組特征的C2 CAF主要定位于SETD2缺陷型腫瘤中，空間分布上緊靠腫瘤細胞，表明它們可能與腫瘤細胞有密切的相互作用。綜合以上特征，研究者確認C2亞群是尚未被鑒定和報道的胰腺腫瘤CAF新亞群。
通過細胞間通訊（CellChat 和 CellphoneDB）分析，研究者發現BMP（骨形態發生蛋白）信號通路在腫瘤細胞和CAFs之間的通訊中起著關鍵作用。BMP2的表達在導管細胞（主要來源于SETD2缺陷型胰腺腫瘤細胞）中占主導地位，并與C2 CAFs（富脂型CAF亞群）亞群的受體顯示出強烈的相互作用。此外，研究者還探討了阻斷BMP2信號通路對腫瘤生長和CAFs分化的影響。通過使用中和抗體阻斷BMP2，研究者觀察到PSCs（胰腺星狀細胞）中脂質積累的減少，表明BMP2信號通路在富脂型CAF亞群形成中的重要性。
04 富脂型CAFs通過ABCA8a運輸脂質
體外/體內實驗表明，SETD2缺陷腫瘤分離出的CAF能夠更有效地將脂質轉移到腫瘤細胞，CAF內脂質的外排主要通過轉運蛋白ABCA8a介導。研究者進一步探索了脂質從CAFs到腫瘤細胞的運輸方式，發現脂質主要通過中等大小（10-100 kDa）的細胞外囊泡進行運輸，這與ABC家族介導的高密度脂蛋白（HDL）顆粒的大小相似。進一步通過體內實驗，闡明了ABCA8a介導的CAF脂質外排對于SETD2缺陷型胰腺腫瘤的進展至關重要。研究還表明，在SETD2KO（SETD2基因敲除）腫瘤細胞植入到ABCA8a基因敲除小鼠中，其生長速度比在野生型小鼠中慢，這進一步證實了ABCA8a在脂質運輸和腫瘤生長中的重要性。
05 SETD2缺失導致H3K27Ac的異位沉積
研究者發現，在SETD2KO（SETD2基因敲除）的胰腺腫瘤細胞中，H3K27Ac（組蛋白H3賴氨酸27的乙酰化）的水平顯著增加，特別是在基因體（gene body）區域。通過RNA測序（RNA-seq）和CUT&Tag技術，研究者發現表型相關的下游基因并非受H3K36me3直接調控，反而是由SETD2/H3K36me3缺陷引發的H3K27Ac重排主導。
全文總結
研究團隊通過基因工程編輯小鼠模型，利用單細胞測序技術以及大量的代謝相關實驗驗證，鑒定出一種富含脂質的CAF亞群，這些脂質豐富的CAFs通過ABCA8a轉運蛋白將脂質運輸到腫瘤細胞，支持線粒體氧化磷酸化（OXPHOS），從而促進腫瘤生長。該研究不僅增進了我們對胰腺癌中CAF異質性的理解，也為針對SETD2缺失的PDAC患者的個性化治療提供了潛在的新策略，即通過靶向OXPHOS途徑來干預腫瘤代謝。
烈冰助力胰腺癌相關文獻
烈冰助烈冰已助力Gut、Cell Reports Medicine、Nature Communications、Cancer Cell等在內的多篇高分胰腺癌相關文獻發表。
往期胰腺癌細胞相關文獻解讀：
【Nature Communications IF 17.694】烈冰助力瑞金醫院團隊解析施旺細胞調控胰腺癌機制!
GUT重磅來襲！單細胞+空轉+免疫熒光的王炸組合，烈冰助力交大醫學院研究團隊解析胰腺癌免疫微環境
原文鏈接：
https://doi.org/10.1016/j.ccell.2024.03.005
部分解讀內容參考原文作者公眾號“胰問”
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