文章題目：Spatially-resolved transcriptomics reveal macrophage heterogeneity and prognostic significance in diffuse large B-cell lymphoma

中文題目：空間轉錄組學揭示了彌漫性大B細胞淋巴瘤中巨噬細胞的異質性和預后價值

發表時間：2024.03.08

期刊名稱：Nature Communications

影響因子：16.661

實驗平臺：DSP

DOI：10.1038/s41467-024-46220-z

01 研究背景

彌漫性大B細胞淋巴瘤（DLBCL）是成人非霍奇金淋巴瘤中最常見的類型。盡管R-CHOP治療對其有潛在療效，但約30%-40%的病例在初次治療后會復發，因此了解其復發機制至關重要。為此，本研究采用數字空間圖譜（DSP）技術，對DLBCL和反應性淋巴組織（RLT）中的相關巨噬細胞（TAMs）進行檢測，分析了CD68標記的巨噬細胞的轉錄組圖譜，從而揭示了這些細胞的空間特征，并探索了它們與DLBCL臨床/生物學特征的關系。

02 技術路線

03 研究結果

1. 數字空間分析技術（DSP）在淋巴組織微區域中揭示出不同細胞的特征

研究使用了GeoMx® DSP WTA檢測方法對巨噬細胞、T細胞和B細胞的進行了轉錄組表達分析。通過對形態標記物CD68、CD3和CD20（分別指示巨噬細胞、T細胞和B細胞）進行免疫熒光染色，獲得目的細胞區域。還通過與公開的單細胞RNA測序數據進行交叉驗證，證實了DSP數據與單細胞數據的一致性。研究表明，基于形態標記物的區域準確地捕捉了感興趣的細胞類型，從而反映了原生組織環境中的巨噬細胞、T細胞和B細胞的轉錄組特征。此外，通過與先前已發表的數據進行比較，研究還驗證了DSP實驗的穩健性，確認其對淋巴組織中光區和暗區之間的差異表達基因的準確覆蓋。

Fig.1 | DSP從淋巴組織微區的不同細胞類型的特征。

2. 反應性淋巴組織RLT內不同分區巨噬細胞的基因表達模式

研究旨在探究CD68+巨噬細胞在反應性淋巴組織的不同空間區域內的轉錄組差異。通過差異基因（DEG）分析，發現在生發中心（GC）和間質區（IF）的巨噬細胞中分別有997和755個基因表達上調。研究還發現GC巨噬細胞中富集了與細胞增殖和代謝相關的通路，如E2F靶標、MYC靶標和氧化磷酸化通路，而IF中富集了與免疫應答相關的通路，如γ干擾素應答和TNF-α/NF-κB通路。此外，IF中的巨噬細胞表現出S100A家族成員上調，這些成員是調節巨噬細胞生物學的損傷相關分子。GC由兩個功能上不同的區域組成：暗區（DZ）和光區（LZ）。研究還比較了生發中心的LZ和DZ中的巨噬細胞的DEG，發現存在顯著的基因表達差異。根據不同空間位置的巨噬細胞之間的比較，研究得到了巨噬細胞的特征標志物（MacroSigs）--MacroSig1 (GC), MacroSig2 (IF), MacroSig3(LZ), and MacroSig4 (DZ)，并發現這些特征標志物在單細胞RNA測序生成的已知巨噬細胞亞群上有映射。此外，MacroSigs還表明可能存在著淋巴組織中尚未知的巨噬細胞亞型。

Fig.2|不同的空間位置區分巨噬細胞的獨特基因表達模式

Table1 |基于生物學/臨床特征的六種不同MacroSigs

3. 反應性和惡性淋巴組織中巨噬細胞的不同轉錄組學特征

首先，研究比較了來自反應性淋巴組織生發中心（GC）區域的巨噬細胞與來自DLBCL樣本的巨噬細胞的基因表達。通過差異表達基因分析，發現在RLT的GC和DLBCL巨噬細胞中分別有895和468個獨特的基因被上調表達。這些DEG被稱為MacroSig5（RLT）和MacroSig6（DLBCL）。在DLBCL巨噬細胞中，觀察到了CD163（一種促腫瘤巨噬細胞標記物）以及補體模式識別成分（C1QA、C1QB和C1QC）的顯著上調表達。DLBCLMacroSig中富集的通路主要與免疫反應有關，例如干擾素反應和補體通路。通過MoMac-VERSE分析，發現MacroSig6（DLBCL）與IL4I1+巨噬細胞亞群有重疊，這是一種在各種癌癥類型中具有免疫抑制功能的巨噬細胞亞群。這些發現提示IL4I1+巨噬細胞在DLBCL發病機制中可能起到潛在作用，并提供了探索這些細胞靶向治療的可能性。

Fig.3|反應性和惡性淋巴組織之間巨噬細胞的不同轉錄組學圖譜

4. 基于空間的MacroSig與COO DLBCL相關

DLBCL患者可根據B細胞起源（COO）基因表達譜進行亞型分型。因此，研究探究了基于空間的MacroSigs是否與這些亞型分類相關。通過分析MacroSigs在DLBCL患者中的富集情況，發現MacroSig1（GC）在生發中心B細胞型（GCB）DLBCL中富集，MacroSig2（IF）在未分類（UNC）DLBCL中富集，而MacroSig6（DLBCL）在活化B細胞型（ABC）DLBCL中富集。然而，MacroSig3（LZ）和MacroSig4（DZ）在任何COO類別中并未明顯富集。進一步的分析表明， MacroSigs在DLBCL單細胞RNA測序數據中富集于單核細胞-巨噬細胞群體。然而，MacroSigs與特定的DLBCL遺傳亞型或TME類別并沒有一致的富集。因此，這些結果表明，腫瘤相關巨噬細胞浸潤可能在遺傳和TME中的機制是一致的。

Fig.4 |基于空間的MacroSig與COO DLBCL子類相關

5. 基于空間的MacroSig在DLBCL中與患者的生存率相關

通過對以上提到的八個臨床注釋的DLBCL數據集（n = 4594，8個數據集）進行評估，發現富集MacroSig6（DLBCL）的病例的總生存期（OS）與富集MacroSig5（RLT）的病例相比較短。這一結果在六個數據集中得到了證實。MacroSig5（RLT）富集的患者具有較少免疫抑制性腫瘤微環境（TME）和較少腫瘤相關巨噬細胞（TAMs）。此外，發現MacroSig4（DZ）富集的DLBCL患者與MacroSig3（LZ）富集的患者相比，生存期明顯較短。多變量分析結果表明，MacroSig4（DZ）仍然是DLBCL患者生存的獨立預后因素。這表明，MacroSig4（DZ）在DLBCL患者的生存中具有預后意義，與臨床高危因素無關。

Fig.5|DLBCL數據集中患者生存率與MacroSig5/6（RLT/DLBCL）相關

Fig.6|DLBCL數據集中患者生存率與MacroSig3/4（LZ/DZ）相關

6. DLBCL暗區的MacroSig評估

研究發現B細胞暗區生物學的基因表達特征在DLBCL中具有預后意義，并且與分子高級別和雙擊類特征重疊。通過評估從DSP實驗中獲取的B細胞暗區的數據特征，發現其具有預后意義，但與DZ-MacroSigs的一致性較差。此外，發現只有少數基因在B細胞衍生的LZ-和DZ-簽名之間共享有，表明DLBCL攜帶這些不同暗區生物學特征的病例具有不良結果，但可能通過不同的生物學機制。研究進一步驗證了DZ標記，并發現C1Q表達的巨噬細胞在DLBCL中的暗區中富集，與DLBCL患者的預后相關。這些發現強調了暗區生物學在DLBCL預后中的重要性。

Fig.7 | DLBCL中暗區MacroSig標志基因C1Q的預后評估 

04 主要結論

這項研究利用DSP技術分析了反應性淋巴組織（RLT）和彌漫大B細胞淋巴瘤（DLBCL）中巨噬細胞的基因表達特征。研究揭示了RLT內不同空間位置（亮區/暗區、生發中心/濾泡間）和疾病狀態（RLTs/DLBCL）之間的轉錄組學差異，并據此生成了六個基于空間的巨噬細胞特征（MacroSig）。此外，研究發現特定的MacroSig與DLBCL的起源細胞亞型和總生存率相關聯。總體而言，該研究為RLT和DLBCL中巨噬細胞的空間轉錄組學特征提供了重要見解，并展示了這些特征在生物學和臨床方面的意義。這些發現有望補充現有的DLBCL亞類分類，并為進一步研究淋巴生物學和疾病的生物學和臨床相關性提供了框架。