2021年4月12日，北京生命科學(xué)研究所/清華大學(xué)生物醫(yī)學(xué)交叉研究院張昱實驗室在《Nature Communications》雜志在線發(fā)表題為“Atlas of breast cancer infiltrated B-lymphocytes revealed by paired single-cell RNA-sequencing and antigen receptor profiling”的文章。該研究首次在單細(xì)胞水平系統(tǒng)性地描繪了乳腺癌浸潤B細(xì)胞圖譜，描述了乳腺癌浸潤B細(xì)胞的13個亞群及其功能，并通過B細(xì)胞受體（BCR）序列分析揭示腫瘤中浸潤B細(xì)胞可能來自于原位memory B細(xì)胞與腫瘤抗原接觸后的不斷分化，發(fā)現(xiàn)腫瘤浸潤B細(xì)胞與乳腺癌患者的預(yù)后存在很好的正相關(guān)性。
近年來，旨在治療腫瘤的免疫療法的出現(xiàn)極大地提高了腫瘤患者的生存周期。但是，在臨床表現(xiàn)上，并非所有的腫瘤患者都對免疫治療有響應(yīng)。如何使得免疫治療更有效是現(xiàn)在亟待解決的問題。已有許多研究為此提供了多種潛在的解決方案。然而，這些研究主要側(cè)重于探究腫瘤浸潤T細(xì)胞在免疫治療中發(fā)揮的功能。不容忽視的是，腫瘤浸潤的免疫細(xì)胞中除T細(xì)胞外，還有眾多其他細(xì)胞類型，例如隸屬于天然免疫系統(tǒng)的巨噬細(xì)胞，樹突狀細(xì)胞，NK細(xì)胞和同樣隸屬于適應(yīng)性免疫系統(tǒng)的B細(xì)胞等。近年來，腫瘤中的其他細(xì)胞組分對于免疫治療的影響也逐漸受到重視。
B細(xì)胞作為組成免疫系統(tǒng)的重要組分之一，其主要通過分泌抗體，細(xì)胞因子，趨化因子或呈遞抗原等途徑行使功能，但是，其在腫瘤發(fā)生過程中所扮演的角色在不同研究中存在爭議。以乳腺癌為例，當(dāng)研究者利用B細(xì)胞的經(jīng)典標(biāo)記物CD20來評估腫瘤浸潤B細(xì)胞與乳腺癌患者預(yù)后之間的關(guān)系的時候，在不同研究中得到了互相矛盾的結(jié)論。造成這種爭議的一個可能原因是不同乳腺癌病人腫瘤浸潤B細(xì)胞亞群存在區(qū)別，而不同B細(xì)胞亞群可能行使不同功能。
本研究利用單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測序結(jié)合單細(xì)胞BCR測序分析了10例乳腺癌病人的腫瘤浸潤免疫細(xì)胞，并有對應(yīng)的外周血來源的免疫細(xì)胞作為對照。10例病人中有6例是三陰性乳腺癌（TNBC），3例Luminal-A乳腺癌和1例HER2乳腺癌。由于TNBC中的浸潤B細(xì)胞含量顯著高于其他乳腺癌亞型，為了避免不同乳腺癌亞型之間潛在的異質(zhì)性，我們著重分析了TNBC中浸潤的B細(xì)胞。通過單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)的分析，大體上B細(xì)胞可分為四類，na?ve B細(xì)胞，memory B 細(xì)胞，plasma B 細(xì)胞和一類CD14陽性的B細(xì)胞，其中腫瘤浸潤B細(xì)胞主要為memory B細(xì)胞。在單細(xì)胞BCR測序數(shù)據(jù)中，外周血B細(xì)胞中g(shù)ermline BCR比例更高，IgM和IgD比例也相對更高，而在腫瘤浸潤B細(xì)胞中，我們檢測到更多的體細(xì)胞高頻突變（somatic hyper mutation, SHM）和更高的B細(xì)胞克隆性。為了探究腫瘤中浸潤B細(xì)胞的來源，我們結(jié)合了單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)和單細(xì)胞BCR數(shù)據(jù)，分析發(fā)現(xiàn)腫瘤中浸潤B細(xì)胞極有可能是由原位memory B細(xì)胞不斷分化而來。

圖1. a. TNBC病人中4個B細(xì)胞亞群的tSNE圖展示；b. marker基因表達(dá)情況；c. 4個B細(xì)胞亞群在PBMC和TNBC組織中分布；d.熱圖展示4個B細(xì)胞亞群之間的相同 IGH germline 次數(shù)（上）和相同IGH序列次數(shù)（下）

利用單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)，我們進一步將B細(xì)胞分為13群， na?ve B cells (C1 and C2), IgM+CD27+ memory B cells (C3, C4, C6, and C7), IgM+CD27- atypical memory B cells (C5), class-switched memory B cells (C8,C9, and C10), plasma cells (C11), germinal center B cells (C12) 和 CD14+ atypical B cells (C13)。并且通過免疫組化證實了Germinal center B細(xì)胞和腫瘤浸潤淋巴結(jié)結(jié)構(gòu)的存在。在乳腺癌浸潤B細(xì)胞中，我們并未檢測到分泌IL10的調(diào)節(jié)性B細(xì)胞。通過GSEA分析，我們發(fā)現(xiàn)腫瘤浸潤B細(xì)胞可能主要通過呈遞抗原或分泌抗體的形式行使功能。

圖1. a. TNBC病人中4個B細(xì)胞亞群的tSNE圖展示；b. marker基因表達(dá)情況；c. 4個B細(xì)胞亞群在PBMC和TNBC組織中分布；d.熱圖展示4個B細(xì)胞亞群之間的相同 IGH germline 次數(shù)（上）和相同IGH序列次數(shù)（下）

利用單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)，我們進一步將B細(xì)胞分為13群， na?ve B cells (C1 and C2), IgM+CD27+ memory B cells (C3, C4, C6, and C7), IgM+CD27- atypical memory B cells (C5), class-switched memory B cells (C8,C9, and C10), plasma cells (C11), germinal center B cells (C12) 和 CD14+ atypical B cells (C13)。并且通過免疫組化證實了Germinal center B細(xì)胞和腫瘤浸潤淋巴結(jié)結(jié)構(gòu)的存在。在乳腺癌浸潤B細(xì)胞中，我們并未檢測到分泌IL10的調(diào)節(jié)性B細(xì)胞。通過GSEA分析，我們發(fā)現(xiàn)腫瘤浸潤B細(xì)胞可能主要通過呈遞抗原或分泌抗體的形式行使功能。

圖3. CD20, na?ve B細(xì)胞特征基因和memory B細(xì)胞特征基因在METABRIC數(shù)據(jù)庫中TNBC病人的Kaplan–Meier生存曲線(上圖左側(cè)Overall survival, 上圖右側(cè)Disease Free Survival)和Hazard Ratios(下圖)

本研究首次在單細(xì)胞水平系統(tǒng)性地描繪了乳腺癌浸潤B細(xì)胞圖譜，描述了乳腺癌浸潤B細(xì)胞的13個亞群及其功能，并通過BCR序列分析揭示腫瘤中浸潤B細(xì)胞可能來自于原位memory B細(xì)胞與腫瘤抗原接觸后的不斷分化，發(fā)現(xiàn)腫瘤浸潤B細(xì)胞與TNBC患者的預(yù)后存在很好的正相關(guān)性。后續(xù)，研究B細(xì)胞是如何浸潤腫瘤，在腫瘤微環(huán)境中如何增殖分化可能為TNBC患者的治療提供新思路。此外，在我們的研究中，我們只詳細(xì)地分析了B細(xì)胞相關(guān)數(shù)據(jù)，其余大量單細(xì)胞測序數(shù)據(jù)可為相關(guān)領(lǐng)域的科研人員提供中重要的研究資源。

張昱實驗室的博士后胡慶濤、洪煜和新鄉(xiāng)醫(yī)學(xué)院的齊攀醫(yī)生為該論文共同第一作者，張昱博士為本文通訊作者。其他作者還包括張昱實驗室的蘆廣慶、麥雪瑩和高琳琳；我所的景志毅、王家文和蔡濤博士；新鄉(xiāng)醫(yī)學(xué)院的徐升、和小穎和郭予醫(yī)生。

張昱博士由國家自然科學(xué)基金（81572795和81773304）和北京市政府“百千萬人才計劃” (2019A39)資助。胡慶濤博士由國家自然科學(xué)基金資助（31701135）。
論文鏈接：

https://www.nature.com/articles/s41467-021-22300-2

來源：北京生命科學(xué)研究所