DOI: https://doi.org/10.1016/j.celrep.2024.113773
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38350444
تاريخ النشر: 2024-02-01
المؤلف: Julie Giraud وآخرون
الموضوع الرئيسي: علامات الالتهاب والمسارات
نظرة عامة
تبحث الدراسة في دور ارتباط TREM1 في سياق سرطان الكبد الخلوي المرتبط بـ SLD وتأثيراته على نمو الورم وكبت المناعة. تشير النتائج إلى أن تنشيط TREM1 يعزز الآليات المناعية المثبطة، مما يعزز تقدم سرطان الكبد الخلوي في الجسم الحي. بالإضافة إلى ذلك، تكشف الدراسة عن وجود علاقة بين كثافة البلعميات THBS1+ وتعبير TREM1 مع سوء التشخيص لدى مرضى سرطان الكبد الخلوي، مما يشير إلى أن هذه العوامل قد تعمل كعلامات حيوية محتملة لنتائج المرض وأهداف علاجية.
مقدمة
سرطان الكبد الخلوي (HCC) هو ورم شائع مع زيادة في حدوثه في البلدان الغربية، ويرتبط بشكل أساسي بالعدوى الفيروسية المزمنة وأمراض الكبد الدهنية (SLDs). على الرغم من توفر العلاجات النظامية، بما في ذلك مثبطات كيناز التيروزين ومثبطات نقاط التفتيش المناعية (ICIs)، فإن نسبة كبيرة من المرضى (75%) لا تستجيب لهذه العلاجات. تشير تحليل شامل إلى أن العلاج المناعي أكثر فعالية في المرضى الذين يعانون من العدوى الفيروسية مقارنة بالذين يعانون من سرطان الكبد الخلوي المرتبط بـ NASH، مما يبرز أهمية بيئة الورم (TME) في نتائج العلاج والحاجة إلى تحديد علامات حيوية مناعية لتصنيف المرضى.
تستخدم هذه الدراسة تسلسل RNA أحادي الخلية (scRNA-seq) والترانسكريبتوميات المكانية (stRNA-seq) للتحقيق في مشهد الخلايا المناعية الفطرية في مرضى سرطان الكبد الخلوي مع أسباب مختلفة. يحدد الباحثون مجموعة متميزة من خلايا المايلويد التنظيمية (M_reg) THBS1+ التي تتواجد بكثرة في سرطان الكبد الخلوي المرتبط بـ SLD. تتميز هذه الخلايا بالتعبير المشترك عن TREM1 وCD163، وتظهر خصائص مثبطة للمناعة وترتبط بسرطان الكبد الخلوي عالي الدرجة وسوء التشخيص. في نماذج الفئران، يعزز استهداف إشارات TREM1 من المناعية لبيئة الورم ويسهل القضاء على الورم. تضع النتائج خلايا M_reg THBS1+ كعلامة حيوية لسرطان الكبد الخلوي الشديد وهدف واعد للعلاج المناعي.
الطرق
تحدد قسم الطرق في ورقة البحث نهجًا شاملاً لتصميم التجارب والتحليل المستخدم في الدراسة. تشمل المنهجيات الرئيسية إنشاء خلايا جذعية مشتقة من أحادية النواة البشرية (HuMoSCs) وتطبيق تقنية CRISPR/Cas9 لإزالة TREM1. تستخدم الدراسة تقنيات متنوعة مثل تفكيك الأنسجة البشرية، تلوين السيتومترية، فرز الخلايا المفعل بالفلوريسنس أحادي الخلية (FACS)، وتسلسل RNA أحادي الخلية (scRNA-seq). بالإضافة إلى ذلك، يتم إجراء معالجة تعبير الجينات المكانية وتجارب الثقافة المشتركة، إلى جانب استخدام نموذج الفأر مع نظام غذائي معدل لمراقبة نمو الورم.
كما تفصل القسم أيضًا طرق معالجة البيانات والتحليل الشاملة، بما في ذلك مراقبة الجودة، والتطبيع، ودمج بيانات scRNA-seq، بالإضافة إلى التجميع غير المراقب واستنتاج المسارات. يشمل التحليل التعبير التفاضلي، وبيانات علم الجينات، وإثراء مجموعة الجينات، إلى جانب تصور بيانات الترانسكريبتوميات المكانية وتقييمات التواصل بين الخلايا. يتم سرد المواد المستخدمة في الدراسة، مما يشير إلى أنه لم يتم إنشاء أي مواد جديدة فريدة، مما يضمن الشفافية في توفر الموارد.
النتائج
في هذه الدراسة، قام المؤلفون بتوصيف المشهد المناعي الفطري في سرطان الكبد الخلوي (HCC) باستخدام تسلسل RNA أحادي الخلية (scRNA-seq) والترانسكريبتوميات المكانية (stRNA-seq) على عينات من 10 مرضى بسرطان الكبد الخلوي مع أسباب مختلفة، بما في ذلك فيروس التهاب الكبد C (HCV)، والسمنة، واستهلاك الكحول. تم تحليل ما مجموعه 96,000 خلية، مما كشف عن 22 مجموعة متميزة من Louvain التي شملت مجموعات مختلفة من الخلايا المناعية الفطرية. من الجدير بالذكر أن التحليل حدد 11 مجموعة من الخلايا اللمفاوية الفطرية، تتكون في الغالب من خلايا القاتل الطبيعي (NK)، مع وجود مجموعات محددة تظهر خصائص وظيفية متميزة، مثل السمية الخلوية والتسامح.
تم أيضًا توصيف قسم المايلويد بشكل شامل، مما كشف عن 10 مجموعات، بما في ذلك الخلايا الحبيبية والمجموعات المشتقة من أحادية النواة. بينما لم تختلف التردد العام للخلايا المتعادلة بشكل كبير بين سرطان الكبد الخلوي وأنسجة الكبد غير الورمية، أظهرت مجموعات مايلويد محددة تسللًا كبيرًا إلى بيئة الورم. على العكس من ذلك، تم استبعاد مجموعات خلايا NK المضادة للورم بشكل ملحوظ من مركز الورم، مما يشير إلى آلية محتملة للهروب المناعي في سرطان الكبد الخلوي. توفر هذه النتائج نظرة شاملة على تكوين الخلايا المناعية الفطرية في سرطان الكبد الخلوي وتبرز التفاعلات المعقدة داخل بيئة الورم.
المناقشة
في هذا القسم، يحدد المؤلفون ويصفون مجموعات متميزة من خلايا المايلويد، مع التركيز بشكل خاص على خلايا المايلويد THBS1+، التي تميزت عن أحادية النواة، والبلعميات، والخلايا الشجرية (DCs). باستخدام التوقيعات الأساسية، قاموا بتصنيف بنجاح مجموعات مختلفة من خلايا المايلويد والخلايا الحبيبية، مما يكشف عن مجموعتين من البلعميات: البلعميات LYVE1+، التي تشير إلى البلعميات المقيمة في الأنسجة المحيطة بالأوعية، والبلعميات SPP1+، المرتبطة بالنشاط المؤيد للورم. توضح الدراسة أيضًا سبع مجموعات من البلعميات وتبرز وجود خلايا M THBS1+، التي تعبر عن جينات مرتبطة بكل من أحادية النواة والخلايا المتعادلة، مما يشير إلى تصنيفها كخلايا مثبطة مشتقة من المايلويد (MDSCs). من الجدير بالذكر أن هذه الخلايا M THBS1+ وُجدت مرتبطة بسوء البقاء العام لدى مرضى سرطان الكبد الخلوي (HCC)، مما يشير إلى دورها المحتمل في تقدم الورم.
يستكشف المؤلفون أيضًا الوظائف المثبطة للمناعة لخلايا M THBS1+، موضحين قدرتها على تثبيط إنتاج السيتوكينات من خلايا T. يحددون توقيعًا أساسيًا من عشرة جينات تميز هذه الخلايا، مع ظهور TREM1 كعلامة مهمة مرتبطة بسوء التشخيص. تكشف الدراسة أن خلايا M THBS1+ تتواجد بكثرة في مرضى سرطان الكبد الخلوي مع أسباب محددة، مثل مرض الكبد الدهني المرتبط (SLD)، وترتبط بآفات ليفية داخل الأورام. تشير النتائج إلى أن خلايا M THBS1+، وخاصة تلك التي تعبر عن TREM1، قد تكون لاعبين حاسمين في بيئة الورم المثبطة للمناعة، مما يؤثر على النتائج السريرية في سرطان الكبد الخلوي.
القيود
تقدم الدراسة قيودًا تتعلق بشكل أساسي بحجم العينة الصغيرة من المرضى الذين يعانون من سرطان الكبد الخلوي (HCC)، مما يحد من إمكانية تعميم النتائج المتعلقة بتوسع خلايا المايلويد THBS1+ في سياق أسباب SLD. من الضروري إجراء أبحاث مستقبلية للتحقق من هذه الملاحظات من خلال الفلورسنس المناعي المتعدد في مجموعات أكبر، مما يسمح بفهم أكثر شمولاً لظهور هذه المجموعة المايلويدية استجابةً لمحفزات SLD وتفاعلاتها داخل بيئة الورم (TME).
بالإضافة إلى ذلك، تشير الدراسة إلى أن الحذف المحدد لـ TREM1 في قسم المايلويد، إلى جانب استكشاف نماذج SLD البديلة، سيكون أمرًا حاسمًا في توضيح دور تعبير TREM1 على خلايا المايلويد التي تظهر خصائص مشابهة لخلايا M التنظيمية THBS1+. سيساعد هذا النهج في توضيح الآليات الأساسية وراء التأثيرات الملحوظة لـ GF9 وتأثيراتها على استراتيجيات العلاج المستهدفة للمناظر الطبيعية المناعية الفطرية في سرطان الكبد الخلوي.
DOI: https://doi.org/10.1016/j.celrep.2024.113773
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38350444
Publication Date: 2024-02-01
Author(s): Julie Giraud et al.
Primary Topic: Inflammation biomarkers and pathways
Overview
The research investigates the role of TREM1 engagement in the context of SLD-associated hepatocellular carcinoma (HCC) and its implications for tumor growth and immunosuppression. The findings indicate that TREM1 activation enhances immunosuppressive mechanisms, thereby promoting HCC progression in vivo. Additionally, the study reveals a correlation between the density of THBS1+ macrophages and TREM1 expression with poor prognosis in HCC patients, suggesting that these factors may serve as potential biomarkers for disease outcome and therapeutic targets.
Introduction
Hepatocellular carcinoma (HCC) is a prevalent malignancy with increasing incidence in Western countries, primarily linked to chronic viral infections and steatotic liver diseases (SLDs). Despite the availability of systemic treatments, including tyrosine kinase inhibitors and immune checkpoint inhibitors (ICIs), a significant proportion of patients (75%) do not respond to these therapies. A meta-analysis indicates that immunotherapy is more effective in patients with viral infections compared to those with NASH-related HCC, underscoring the importance of the tumor microenvironment (TME) in treatment outcomes and the need for identifying immune biomarkers for patient stratification.
This study employs single-cell RNA sequencing (scRNA-seq) and spatial transcriptomics (stRNA-seq) to investigate the innate immune cell landscape in HCC patients with varying etiologies. The researchers identify a distinct population of thrombospondin (THBS)1+ regulatory myeloid (M_reg) cells that are abundant in SLD-associated HCC. These cells, characterized by the co-expression of TREM1 and CD163, exhibit immunosuppressive properties and are associated with high-grade HCC and poor prognosis. In mouse models, targeting TREM1 signaling enhances the immunogenicity of the TME and facilitates tumor eradication. The findings position THBS1+ M_reg cells as both a biomarker for severe HCC and a promising target for immunotherapy.
Methods
The methods section of the research paper outlines a comprehensive approach to the experimental design and analysis utilized in the study. Key methodologies include the generation of human monocyte-derived stem cells (HuMoSCs) and the application of CRISPR/Cas9 technology for TREM1 knockout. The study employs various techniques such as human tissue dissociation, flow cytometry staining, single-cell fluorescence-activated cell sorting (FACS), and single-cell RNA sequencing (scRNA-seq). Additionally, spatial gene expression processing and co-culture experiments are conducted, alongside the use of a mouse model with a modified diet to monitor tumor growth.
The section also details extensive data processing and analysis methods, including quality control, normalization, and integration of scRNA-seq data, as well as unsupervised clustering and trajectory inference. The analysis encompasses differential expression, gene ontology, and gene set enrichment, alongside spatial transcriptomic data visualization and cell-cell communication assessments. The materials utilized in the study are listed, indicating that no new unique reagents were generated, ensuring transparency in resource availability.
Results
In this study, the authors characterized the innate immune landscape in hepatocellular carcinoma (HCC) using single-cell RNA sequencing (scRNA-seq) and spatial transcriptomics (stRNA-seq) on samples from 10 HCC patients with varying etiologies, including hepatitis C virus (HCV), obesity, and alcohol consumption. A total of 96,000 cells were analyzed, revealing 22 distinct Louvain clusters that encompassed various innate immune cell populations. Notably, the analysis identified 11 innate lymphoid clusters, predominantly comprising natural killer (NK) cells, with specific clusters exhibiting distinct functional characteristics, such as cytotoxicity and tolerogenicity.
The myeloid compartment was also extensively characterized, revealing 10 clusters, including granulocytes and monocyte-derived populations. While the overall frequency of neutrophils did not differ significantly between HCC and non-tumoral liver tissues, specific myeloid subsets showed significant infiltration into the tumor microenvironment. Conversely, anti-tumoral NK cell populations were notably excluded from the tumor core, suggesting a potential mechanism of immune evasion in HCC. These findings provide a comprehensive overview of the innate immune cell composition in HCC and highlight the complex interactions within the tumor microenvironment.
Discussion
In this section, the authors identify and characterize distinct populations of myeloid cells, particularly focusing on THBS1+ myeloid cells, which are differentiated from monocytes, macrophages, and dendritic cells (DCs). Utilizing core signatures, they successfully classified various myeloid and granulocyte subsets, revealing two macrophage subsets: LYVE1+ macrophages, indicative of tissue-resident peri-vascular macrophages, and SPP1+ macrophages, associated with pro-tumoral activity. The study further delineates seven macrophage subsets and highlights the presence of THBS1+ M cells, which express both monocyte and neutrophil-related genes, suggesting their classification as myeloid-derived suppressor cells (MDSCs). Notably, these THBS1+ M cells were found to correlate with poor overall survival in patients with hepatocellular carcinoma (HCC), indicating their potential role in tumor progression.
The authors also explore the immunosuppressive functions of THBS1+ M cells, demonstrating their ability to inhibit T cell cytokine production. They identify a core signature of ten genes that characterize these cells, with TREM1 emerging as a significant marker associated with poor prognosis. The study reveals that THBS1+ M cells are enriched in HCC patients with specific etiologies, such as steatosis-associated liver disease (SLD), and are linked to fibrotic lesions within tumors. The findings suggest that THBS1+ M cells, particularly those expressing TREM1, may serve as critical players in the immunosuppressive tumor microenvironment, influencing clinical outcomes in HCC.
Limitations
The study presents limitations primarily related to the small sample size of patients with hepatocellular carcinoma (HCC), which restricts the generalizability of the findings regarding the expansion of THBS1+ myeloid cells in the context of SLD etiology. Future research is essential to validate these observations through multiplex immunofluorescence in larger cohorts, allowing for a more comprehensive understanding of this myeloid population’s emergence in response to SLD triggers and its interactions within the tumor microenvironment (TME).
Additionally, the study suggests that specific deletion of TREM1 in the myeloid compartment, along with the exploration of alternative SLD models, will be crucial in elucidating the role of TREM1 expression on myeloid cells that exhibit characteristics akin to THBS1+ M regulatory cells. This approach will help clarify the mechanisms underlying the observed effects of GF9 and their implications for therapeutic strategies targeting the innate immune landscape in HCC.