单细胞分析pre-B 型急性淋巴细胞白血病的骨髓微环境

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文章题目：The bone marrow microenvironment of pre‑B acute lymphoblastic leukemia at single‑cell resolution 日期：2020年11月 期刊：Scientific reports 数据：GSE148115 链接：https://www.nature.com/articles/s41598-020-76157-4#article-info

摘要：

骨髓微环境 (bone marrow microenvironment，BMM) 在白血病进展中起关键作用，但其在pre-B 细胞急性淋巴细胞白血病 (B-ALL)（儿童最常见的癌症）中的分子复杂性仍知之甚少。为了进一步了解，本文使用单细胞 RNA 测序来表征 B-ALL 进展过程中鼠 BMM 的变化。发现pre-B 细胞在疾病的早期阶段受影响最大，这与受 AP1 转录因子复合物和调节因子 NELFE、MYC 和 BCL11A 调节的基因表达的变化有关。粒细胞 - 巨噬细胞祖细胞（Granulocyte–macrophage progenitors）显示肿瘤抑制基因长链非编码 RNA Neat1的表达降低和RNA速率的中断。细胞间通讯网络显示单核细胞-树突状前体在 B-ALL 进展过程中始终保持活跃，其丰富的过程包括细胞因子介导的信号通路、中性粒细胞介导的免疫和细胞迁移和增殖的调节。此外，我们证实造血干细胞和祖细胞室在白血病发生过程中受到干扰。这些发现扩展了对 B-ALL 进展过程中 BMM 正常细胞之间变化和分子相互作用的复杂性的理解。

测序：

• 5 只小鼠移植了 1000 BCR-ABL1 +B-ALL 细胞通过尾静脉注射，移植后立即对一只小鼠实施安乐死（第 0 天）。
• 移植后 3 (D3)、6 (D6)、9 (D9) 和 12 (D12) 天对其余动物实施安乐死。
• 使用 BD LSRFortessa X-20 (BD Biosciences, Franklin Lakes, NJ, USA) 测量骨髓中白血病细胞的百分比 (D0 = 0%, D3 < 0.01%, D6 < 0.01%, D9 = 0.017% , D12 = 4.6%)。
• 将10×106 个细胞冷冻保存在1 mL 冷冻溶液（90% 胎牛血清+10% 二甲基亚砜）中，冷冻样品送至BGI Genomics（中国广东深圳）使用10× Genomics 进行单细胞测序平台测序。

主要结果：

文章中主要注释的细胞类型

差异分析统计基因数量：

发现除第 12 天外的所有时间点长链非编码 RNA Neat1 的表达降低（D3vsD0：logFC = - 0.73，p = 2.1 × 10-7；D6vsD0：logFC = - 0.66，p = 1.3 × 10-5 ; D9vsD0: logFC  = − 0.71, p = 2.4 × 10–10)。Neat1 在造血干细胞和祖细胞中高度表达 24，以前曾被描述为血液系统恶性肿瘤中的肿瘤抑制因子

BMM的细胞间通信网络：

可以发现，MDP细胞亚群同其他细胞亚群相比，在各个时间段都比较活跃。

对于pre- B 细胞和pro- B 细胞，在第 3 天观察到细胞亚群的最强速度，这也与我们的差异表达结果一致，其中pre- B 细胞和pro- B 细胞在第 3 天显示出最差异表达的基因。从第 9 天开始，速度显著降低，表明对疾病的初始反应不持久。在第 0 天，GMP 具有很高的速度，并且它们推断的未来状态显示出从嗜中性粒细胞到 MDP 的连续运动方向（轨迹），这两者都与 GMP 不同。该轨迹从第 3 天开始分成聚集在中性粒细胞附近的 GMP，以及聚集在 ST-HSC 和 MLP 和 MDP 附近的 GMP。聚集在中性粒细胞附近的那些比聚集在 ST-HSC 和 MLP 和 MDP 附近的那些具有更高的速度。

主要结论：

为了探索白血病进展过程中 BMM 的动态变化，本文通过单细胞 RNA 测序分析了来自免疫活性 BCR-ABL1+ B-ALL 模型的造血细胞，并检查了基因表达和细胞间通讯随时间的变化。在该模型中，将 1000 个 BCR-ABL1+ 细胞移植到每个未受辐射的受体中，从而避免了辐射引起的微环境变化。白血病细胞归巢于骨髓和脾脏，小鼠在 3 周内发展为 BCR-ABL1+ 白血病。白血病细胞在 10 天内保持在 < 1% 的低水平，随后在骨髓和脾脏中快速扩增，血液中稍晚一些。