西湖大學謝琦團隊等利用單細胞多組學技術揭示腎透明細胞癌中的關鍵調控程序_風聞

腎透明細胞癌（clear cell renal carcinoma, ccRCC）是腎細胞癌中最常見和最具侵襲性的亞型。當前多種臨牀治療策略，如靶向治療和免疫治療，仍然還無法很好地應對高度異質性的腫瘤微環境，所以在臨牀上並沒有取得令人滿意的治療效果。深入刻畫ccRCC微環境中的細胞組成和基因組調控特徵對於我們理解腫瘤致病機理和開發新的治療策略具有重要意義。

近年來，單細胞測序技術飛速發展，已經能夠檢測出單個細胞的基因轉錄表達和表觀基因組調控等多種維度的信息。這種單細胞水平的多維度信息能夠以更高分辨率和更廣的視角來幫助解析組織發育和疾病發生髮展的關鍵因素。最近，多個研究團隊針對健康的腎臟組織，聯合single-nucleus RNA-seq和single-nucleus ATAC-seq技術刻畫了在腎臟發育過程基因表達和表觀基因組調控的特徵，並識別了驅動腎小管細胞分化和近端小管上皮細胞亞羣轉換的關鍵調控因子。然而，ccRCC的單細胞多維度視角目前還沒有被打開。

2022年7月19日，西湖大學生命科學學院謝琦研究員和浙江大學醫學院附屬第二醫院泌尿外科文甲明和王博涵課題組合作作為共通訊作者（謝琦課題組龍志林為本文第一作者）在 Cell Discovery 期刊上發表題為：Single-cell multiomics analysis reveals regulatory programs in clear cell renal cell carcinoma 的研究論文，對ccRCC在單細胞水平進行了多維度的探索。

該研究整合了single-cell RNA-seq（scRNA-seq）和single-cell ATAC-seq（scATAC-seq）數據，描繪了ccRCC的轉錄組和表觀基因組圖譜，識別了在腫瘤細胞和多種免疫細胞中發揮重要作用的調控因子，進一步闡明瞭ccRCC的異質性並發現了潛在的治療靶點。

該研究對ccRCC患者的腫瘤組織進行了配對的scRNA-seq和scATAC-seq測序，分別獲得了38097和21272個單細胞。通過單細胞數據分析，識別了多種淋巴細胞和髓系細胞亞羣。聯合ccRCC標誌基因CA9和拷貝數變異特徵，在兩種數據類型中各鑑定出了一個腫瘤細胞羣體。總的來説，免疫細胞是ccRCC微環境中主要的細胞羣體（>70%）,腫瘤細胞只佔不到10%。

圖1：ccRCC的單細胞轉錄和染色質可及性圖譜

通過設計嚴格的篩選策略，並結合TCGA-KIRC生存數據，研究人員識別了4個腫瘤細胞特異富集且顯著和病人更差預後生存相關的轉錄因子（HOXC5,VENTX,ISL1和OTP）。基於scATAC-seq捕獲到的染色質開放信息，研究人員進一步識別出了這些轉錄因子的下游靶基因並構建了其表觀調控網絡。分析發現，這些轉錄因子的靶基因顯著富集於低氧和細胞增殖信號通路，且包含多個在腫瘤細胞羣體中顯著高表達的基因（FXYD2和CRYAB）。此外，結合先前的scRNA-seq數據，研究人員發現這些靶基因特異性地富集於腫瘤細胞羣體。

圖2：4個腫瘤細胞特異富集的轉錄因子      為了進一步調查這些調控因子對腫瘤細胞的影響，研究人員分別在腎細胞癌細胞系和異種移植小鼠腫瘤模型中分別敲低這幾個轉錄因子，發現能夠顯著降低腫瘤細胞的生長。同時結合小分子化合物擾動數據庫-LINCS10，研究人員篩選出了2個已被美國食品藥品監督管理局（FDA）批准用於疾病治療的藥物（homoharringtonine和mitotane）能夠明顯降低HOXC5,ISL1和VENTX的表達，並在兩個腎細胞癌細胞系進行了進一步的驗證。

圖3：靶向4個轉錄因子抑制腫瘤生長      此外，研究人員也刻畫了對各個免疫細胞亞羣的轉錄程序和表觀特徵，並在腫瘤細胞和免疫細胞亞羣間識別出了多對具有潛在臨牀意義的配體-受體互作對。綜上所述，該研究描繪了ccRCC的單細胞轉錄組和表觀基因組圖譜，識別了腫瘤細胞特異的基因轉錄和表觀調控程序，為設計更有效的治療策略提供了新的線索。論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41421-022-00415-0來源於公眾號：生物世界