单细胞转录组分析宫颈神经内分泌癌发生发展的分子机制

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[目 的]宫颈神经内分泌癌(Neuroendocrine Carcinoma of Cervix,NECC)是一种罕见但死亡率极高的宫颈恶性肿瘤病理亚型。本研究通过对宫颈神经内分泌癌组织和对应的癌旁正常组织进行单细胞转录组测序并对数据进行整合分析,探究其发生发展过程中可能涉及的分子机制,为寻找宫颈神经内分泌癌的治疗靶点,改善患者的生存提供理论依据。[方 法]收集接受初始手术治疗的组织病理学诊断为宫颈神经内分泌癌患者的术后癌组织和对应的癌旁正常组织进行单细胞转录组测序。标本经单细胞悬液制备、质检和文库构建等过程后,通过Illumina平台进行测序。待数据下机后,将数据进行预处理、质控和筛选,并进行测序数据比对及注释,通过正确的降维及聚类方法进行细胞亚群的分类和注释。使用Wilcoxon秩和检验筛选各细胞亚群间的差异表达基因作为该亚群的特征表达基因,并对特征性的细胞亚群做进一步的分类和分析。基于降维结果及相关性,利用RGE算法重建各细胞亚群发生轴的拟时间序列,筛选出各发育轨迹中与细胞群发生序列相关联的基因。最后,再次利用Wilcoxon秩和检验分析宫颈神经内分泌癌组织和癌旁正常组织间特征细胞亚群的差异表达基因,并对特征细胞亚群中上调的差异基因进行GO功能富集分析和KEGG通路分析。最后利用String软件和Cytoscope软件分析各个细胞亚群间DEGs的蛋白网络互作关系和筛选关键靶蛋白。[结 果]通过对3对6例单细胞转录组数据(3例宫颈神经内分泌癌组织和3例配对的癌旁正常组织)进行整合分析,共获得33,718个细胞。通过T-分布邻域嵌入算法(t-SNE)降维聚类方式共获得11个细胞簇,其中丰度最高的cluster 0中的marker基因为CHGA和PEG10。通过细胞功能注释共获得7个细胞亚群,包括上皮细胞、内皮细胞、成纤维细胞、巨噬细胞、CD8+T细胞、B细胞和巨噬细胞亚群。上皮细胞是所有样本中丰度最高的亚群,进一步分析发现其又包括13个细胞簇(cluster),其中3个cluster主要来源于肿瘤组织,并在其中首次发现了多个与肿瘤发生发展相关的新颖生物标志物,包括:PRPH、SST、CRYAB和HSPA6等。细胞周期的t-SNE聚类显示显示CD8+T细胞和一部分上皮细胞处于G2/M和S期,其余细胞大多处于G1期。拟时间序列分析通过模拟细胞分化早期、中期和晚期三种不同的分化状态状态,并获得了 3个不同分化过程中特征性的表达基因。对癌组织和癌旁正常组织中的特征细胞亚群,包括上皮细胞、成纤维细胞、CD8+T细胞和巨噬细胞进行差异基因分析发现了多种特征性基因的差异表达在癌组织中高表达,包括ASCL1、POSTN和HSP家族等于肿瘤的发生发展密切相关。将这些细胞亚群中在癌组织中特征性上调的差异基因进行GO富集分析和KEGG信号通路分析发现其涉及多种参与肿瘤发生发展的信号通路,包括:P53信号通路、PI3K/AKT和小细胞肺癌肌动蛋白骨架补体、MAPK和NLR通路。最后,通过蛋白网络互作分析和关键靶蛋白筛选到上皮细胞、成纤维细胞和巨噬细胞亚群中的关键靶蛋白聚焦为RP家族,CD8+T细胞亚群的关键靶蛋白聚焦为HSP家族。[结 论]1.宫颈神经内分泌癌具有高度的肿瘤异质性,可能主要起源于宫颈部位的神经内分泌细胞。2.多种癌基因和信号转导通路在宫颈神经内分泌癌中存在着不同程度的激活,可能在其发生发展中发挥作用。3.宫颈神经内分泌癌肿瘤微环境中的间质细胞亚群中可能通过激活多个癌基因及信号转导通路介导肿瘤的增殖、转移和耐药。本研究为进一步明确宫颈神经内分泌癌发生发展的分子机制提供了重要的线索和依据。
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