单细胞python复现|| 01-文献解读：肺癌转移中的再生谱系和免疫介导的杀伤

这是一篇肺癌的单细胞分析文献，在作者提供的python脚本中有大量的自定义函数可以值得学习。下面是文献资源：

• 标题：Regenerative lineages and immune-mediated pruning in lung cancer metastasis
• 代码：https://github.com/dpeerlab/lung-development-cancer-progression
• 数据：GSE123904
• 注释后的文件：
  • https://s3.amazonaws.com/dp-lab-data-public/lung-developmentcancer-progression/PATIENT_LUNG_ADENOCARCINOMA_ANNOTATED.h5
  • https://s3.amazonaws.com/dp-lab-data-public/lung-development-cancer-progression/MOUSE_LUNG_ADENOCARCINOMA_METASTASIS_ANNOTATED.h5

摘要：

正常组织再生过程与癌症有关，但在肿瘤进展过程中以及在免疫监测的选择性压力下，组织再生参与的程度仍然未知。在这里，我们发现，人类原发性肺腺癌的特征是再生细胞类型的出现，通常在肺损伤后出现，并且转录因子表达有差异，包括肺泡和支气管上皮谱系。相比之下，转移瘤表达内胚层和肺特异性转录因子SOX2和SOX9，并具有更原始的转录程序，跨越干细胞到再生肺上皮祖细胞状态。这种发育连续过程反映了小鼠模型中转移性休眠自发爆发的进展阶段，并表现出对自然杀伤细胞的SOX9依赖性抵抗。大转移过程中，自然杀伤细胞耗竭引发的发育阶段特异性约束的丧失，表明在转移过程中发育可塑性和免疫介导的杀伤之间存在动态相互作用。

样本情况

单细胞数据：17个组织样本，包括正常肺组织(n = 4)、原发性肺腺癌(未治疗者7例，新辅助化疗后1例，肺腺癌脑转移n =3，肺腺癌骨转移n =1，肺腺癌肾上腺转移n =1）。一共40,505个细胞。

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一、肺腺癌样本中的NK细胞显著减少

原发肺腺癌样本中的NK细胞显著减少，与之前的报道一致。

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二、上皮细胞亚型细分

作者主要关注转移问题，因此将上皮细胞细分。

在方法部分作者描述，分别把E1:正常样本、E2:正常样本+原发肺腺癌、E3:正常样本+原发肺腺癌+转移肺腺癌样本，从raw count进行标准化、缺失值填补、可视化、找DEGs。

E1：中细分出4种上皮细胞亚型：Ⅰ型肺泡上皮（alveolar epithelial cell types 1，AEC1）、Ⅱ型肺泡上皮（AEC2）、上呼吸道的纤毛细胞（ciliated cells）和分泌细胞（club cells）

E2：E1中的4种细胞+两种参与严重肺损伤修复的肺再生祖细胞、SOX2-derived KRT5+ basal-like cells、AEP（肺泡上皮祖细胞）+ NE（神经内分泌细胞）。原发LUAD肿瘤与肺损伤后的正常肺上皮细胞再生的状态相似，并且几乎所有的肺泡和支气管细胞都表现出显著的谱系混乱特点。

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三、肺腺癌转移模型

肺腺癌转移过程：

成体干细胞状态（type I Q & P）→ 中间SOX2 high 再生亚群（type II） → 增殖性SOX2 high 肺泡上皮细胞祖细胞状态（type III）。（四中的图可能表现的更清晰一些）（Q：静默，P：增殖）

这4个阶段对NK细胞具有不同的耐受性，这说明免疫系统参与构建了肿瘤中转移过程中的发育可塑性。

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四、小鼠转移瘤验证模型

小鼠转移瘤验证模型：H2087-LCC细胞（来源于早期RAS突变的人类肺腺癌组织），作为潜在播散肿瘤细胞（latent disseminated tumor cells，DTCs）。

单细胞测序分析后发现，上述模型的4个过程在小鼠中也存在，

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DTCs细胞与NK细胞共培养发现：SOX2和SOX9转录因子的表达与肿瘤细胞的存活有关。具体而言，表达SOX2的肿瘤细胞在分裂时，很容易被免疫系统中的NK细胞检测到，并被NK细胞杀死。相反，表达SOX9的癌细胞可以对NK细胞耐受。也就是说，转移的癌细胞表现出巨大的可塑性，其转移到新地方后必须很快转变基因表达，才能抵挡免疫系统的追杀。

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总结

对肺腺癌转移的新认识

作者将肺腺癌转移过程划分为4个阶段，不同的阶段对NK细胞的耐受程度不同，因此可以利用此更有效地靶向治疗。对比正常肺组织创伤愈合和原发肺腺癌发现，原发肺腺癌模仿了创伤愈合过程，产生了混杂的细胞类型；对比转移的肺腺癌和原发肺腺癌发现，转移癌采取了胚胎发育程序，并模拟器官形成的过程。从这个角度来看，癌症转移可看作生长在错误位置的畸形器官。