单细胞转录组分析揭示了AML患儿白血病干/祖细胞的异质性和化疗耐药特征
- 分类:医学进展
- 作者:编辑
- 来源:医脉通
- 发布时间:2024-02-01 13:51
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【概要描述】急性髓系白血病(AML)的特征是骨髓中异常未成熟细胞的增生积累,化疗是AML的主要治疗策略。研究表明,具有自我更新特性的白血病干细胞(LSC)更容易在化疗中存活。因此,了解LSC的特性及其介导耐药的分子机制具有重要意义。单细胞转录组测序技术已成为揭示肿瘤异质性和识别具有不同分子特征的亚群的有力工具。在2024年1月7日上午召开的第四届中国血液学科发展大会(CASH)儿童血液病专题论坛中,中国科学院北京基因组研究所(国家生物信息中心)王前飞研究员带来了题为“LSC和儿童AML化疗耐药的单细胞转录组解析”的精彩汇报。 报告内容 研究团队首先利用高通量10X Genomics单细胞转录组测序技术对健康供者的骨髓/外周血样本进行测序,构建了人类正常造血的单细胞参考图谱,为后续区分白血病状态下的肿瘤细胞及其异质性奠定了基础。为了最大限度从白血病细胞和正常细胞的混合群体中检测出白血病细胞,研究团队对未分选的AML患儿化疗前/后的骨髓样本进行了单细胞转录组测序。同时,研究团队建立了一种单细胞转录组分析方法,用于从复杂血液生态系统中识别出化疗前的肿瘤细胞和化疗后残留的肿瘤细胞,并检查了体细胞突变的存在、特异性基因表达特征、白血病细胞相关抗原等以验证白血病细胞预测的有效性。 进一步研究发现,儿童AML肿瘤细胞主要存在两个耐药特征即LSC印迹和氧化磷酸化印迹,造血干细胞样(HSC-like)和淋巴细胞多潜能祖细胞样(LMPP-like)亚群主要富集LSC印迹,而粒细胞-巨噬细胞祖细胞样(GMP-like)亚群则主要富集氧化磷酸化印迹。所有无LSC或氧化磷酸化特征的干/祖细胞样群体在化疗后被清除,而这些具有耐药印迹的干/祖细胞样肿瘤细胞则更容易在缓解期残留。 为了探究耐药HSC-like亚群的分子特征,研究者比较了耐药和敏感病例的治疗前HSC-like亚群。在差异表达的表面标记中,II型跨膜C型凝集素受体CD69的差异最为显著,因此将这一亚群称为CD69+ HSC-like亚群。转录调控网络分析显示,在CD69+ HSC-like细胞亚群中,mTOR信号通路的活性受到抑制,从而导致了细胞周期相关基因的降低和粘附相关基因的升高。在CD69过表达的细胞系中,增殖标记物Ki67的表达降低,粘附分子CXCR4的表达增加,细胞系与骨髓间充质干细胞的粘附增加,更多细胞迁移到高浓度的CXCL12环境中。此外,来源于AML患者的CD34+CD38-原代干祖细胞也表现出CD69高表达与Ki67表达下调及CXCR4表达上调之间的关联性。这些结果共同表明,CD69通过抑制mTOR相关信号通路和促进CXCR4和CXCL12间的相互作用来介导肿瘤细胞的静息与粘附状态。 最后,研究人员使用反卷积算法从两个独立临床队列的混合群体转录组数据中推断了CD69+ HSC-like细胞亚群在每个患者中的比例。结果表明,高比例CD69+亚群与预后不良相关的遗传变异密切相关。同时,与低比例CD69+亚群组相比,高比例CD69+亚群组患者的微小残留病(MRD)阳性率、复发率均更高,生存期则缩短。与常用的AML患者LSC17预后积分系统相结合,该方法能够在LSC17系统的基础上进一步鉴别出预后不良的患者。因此,CD69亚群的比例对于AML的临床诊断和预后评估具有重要意义。 总结 了解和清除缓解期残留的AML细胞是当前国际研究的热点,该研究不仅首次刻画了AML化疗后残留肿瘤细胞的单细胞转录组图谱,还揭示了耐药LSC亚群及其表面标记CD69,为克服AML耐药复发提供了治疗方向。 不仅如此,本研究发现CD69通过mTOR介导化疗耐药,这与近两年单细胞转录组研究揭示的miR126(Naldini et al. Nat Commun 2023)、EGFL7(Li et al. Leukemia 2023)等通过调控PI3K-AKT-mTOR介导化疗耐药相互印证。尽管分子标记各异,但介导化疗耐药的核心通路仍然是PI3K-AKT-mTOR,这些研究共同强调了该通路在介导化疗耐药中的重要作用。
单细胞转录组分析揭示了AML患儿白血病干/祖细胞的异质性和化疗耐药特征
【概要描述】急性髓系白血病(AML)的特征是骨髓中异常未成熟细胞的增生积累,化疗是AML的主要治疗策略。研究表明,具有自我更新特性的白血病干细胞(LSC)更容易在化疗中存活。因此,了解LSC的特性及其介导耐药的分子机制具有重要意义。单细胞转录组测序技术已成为揭示肿瘤异质性和识别具有不同分子特征的亚群的有力工具。在2024年1月7日上午召开的第四届中国血液学科发展大会(CASH)儿童血液病专题论坛中,中国科学院北京基因组研究所(国家生物信息中心)王前飞研究员带来了题为“LSC和儿童AML化疗耐药的单细胞转录组解析”的精彩汇报。
报告内容
研究团队首先利用高通量10X Genomics单细胞转录组测序技术对健康供者的骨髓/外周血样本进行测序,构建了人类正常造血的单细胞参考图谱,为后续区分白血病状态下的肿瘤细胞及其异质性奠定了基础。为了最大限度从白血病细胞和正常细胞的混合群体中检测出白血病细胞,研究团队对未分选的AML患儿化疗前/后的骨髓样本进行了单细胞转录组测序。同时,研究团队建立了一种单细胞转录组分析方法,用于从复杂血液生态系统中识别出化疗前的肿瘤细胞和化疗后残留的肿瘤细胞,并检查了体细胞突变的存在、特异性基因表达特征、白血病细胞相关抗原等以验证白血病细胞预测的有效性。
进一步研究发现,儿童AML肿瘤细胞主要存在两个耐药特征即LSC印迹和氧化磷酸化印迹,造血干细胞样(HSC-like)和淋巴细胞多潜能祖细胞样(LMPP-like)亚群主要富集LSC印迹,而粒细胞-巨噬细胞祖细胞样(GMP-like)亚群则主要富集氧化磷酸化印迹。所有无LSC或氧化磷酸化特征的干/祖细胞样群体在化疗后被清除,而这些具有耐药印迹的干/祖细胞样肿瘤细胞则更容易在缓解期残留。
为了探究耐药HSC-like亚群的分子特征,研究者比较了耐药和敏感病例的治疗前HSC-like亚群。在差异表达的表面标记中,II型跨膜C型凝集素受体CD69的差异最为显著,因此将这一亚群称为CD69+ HSC-like亚群。转录调控网络分析显示,在CD69+ HSC-like细胞亚群中,mTOR信号通路的活性受到抑制,从而导致了细胞周期相关基因的降低和粘附相关基因的升高。在CD69过表达的细胞系中,增殖标记物Ki67的表达降低,粘附分子CXCR4的表达增加,细胞系与骨髓间充质干细胞的粘附增加,更多细胞迁移到高浓度的CXCL12环境中。此外,来源于AML患者的CD34+CD38-原代干祖细胞也表现出CD69高表达与Ki67表达下调及CXCR4表达上调之间的关联性。这些结果共同表明,CD69通过抑制mTOR相关信号通路和促进CXCR4和CXCL12间的相互作用来介导肿瘤细胞的静息与粘附状态。
最后,研究人员使用反卷积算法从两个独立临床队列的混合群体转录组数据中推断了CD69+ HSC-like细胞亚群在每个患者中的比例。结果表明,高比例CD69+亚群与预后不良相关的遗传变异密切相关。同时,与低比例CD69+亚群组相比,高比例CD69+亚群组患者的微小残留病(MRD)阳性率、复发率均更高,生存期则缩短。与常用的AML患者LSC17预后积分系统相结合,该方法能够在LSC17系统的基础上进一步鉴别出预后不良的患者。因此,CD69亚群的比例对于AML的临床诊断和预后评估具有重要意义。
总结
了解和清除缓解期残留的AML细胞是当前国际研究的热点,该研究不仅首次刻画了AML化疗后残留肿瘤细胞的单细胞转录组图谱,还揭示了耐药LSC亚群及其表面标记CD69,为克服AML耐药复发提供了治疗方向。
不仅如此,本研究发现CD69通过mTOR介导化疗耐药,这与近两年单细胞转录组研究揭示的miR126(Naldini et al. Nat Commun 2023)、EGFL7(Li et al. Leukemia 2023)等通过调控PI3K-AKT-mTOR介导化疗耐药相互印证。尽管分子标记各异,但介导化疗耐药的核心通路仍然是PI3K-AKT-mTOR,这些研究共同强调了该通路在介导化疗耐药中的重要作用。
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急性髓系白血病(AML)的特征是骨髓中异常未成熟细胞的增生积累,化疗是AML的主要治疗策略。研究表明,具有自我更新特性的白血病干细胞(LSC)更容易在化疗中存活。因此,了解LSC的特性及其介导耐药的分子机制具有重要意义。单细胞转录组测序技术已成为揭示肿瘤异质性和识别具有不同分子特征的亚群的有力工具。在2024年1月7日上午召开的第四届中国血液学科发展大会(CASH)儿童血液病专题论坛中,中国科学院北京基因组研究所(国家生物信息中心)王前飞研究员带来了题为“LSC和儿童AML化疗耐药的单细胞转录组解析”的精彩汇报。
报告内容
研究团队首先利用高通量10X Genomics单细胞转录组测序技术对健康供者的骨髓/外周血样本进行测序,构建了人类正常造血的单细胞参考图谱,为后续区分白血病状态下的肿瘤细胞及其异质性奠定了基础。为了最大限度从白血病细胞和正常细胞的混合群体中检测出白血病细胞,研究团队对未分选的AML患儿化疗前/后的骨髓样本进行了单细胞转录组测序。同时,研究团队建立了一种单细胞转录组分析方法,用于从复杂血液生态系统中识别出化疗前的肿瘤细胞和化疗后残留的肿瘤细胞,并检查了体细胞突变的存在、特异性基因表达特征、白血病细胞相关抗原等以验证白血病细胞预测的有效性。
进一步研究发现,儿童AML肿瘤细胞主要存在两个耐药特征即LSC印迹和氧化磷酸化印迹,造血干细胞样(HSC-like)和淋巴细胞多潜能祖细胞样(LMPP-like)亚群主要富集LSC印迹,而粒细胞-巨噬细胞祖细胞样(GMP-like)亚群则主要富集氧化磷酸化印迹。所有无LSC或氧化磷酸化特征的干/祖细胞样群体在化疗后被清除,而这些具有耐药印迹的干/祖细胞样肿瘤细胞则更容易在缓解期残留。
为了探究耐药HSC-like亚群的分子特征,研究者比较了耐药和敏感病例的治疗前HSC-like亚群。在差异表达的表面标记中,II型跨膜C型凝集素受体CD69的差异最为显著,因此将这一亚群称为CD69+ HSC-like亚群。转录调控网络分析显示,在CD69+ HSC-like细胞亚群中,mTOR信号通路的活性受到抑制,从而导致了细胞周期相关基因的降低和粘附相关基因的升高。在CD69过表达的细胞系中,增殖标记物Ki67的表达降低,粘附分子CXCR4的表达增加,细胞系与骨髓间充质干细胞的粘附增加,更多细胞迁移到高浓度的CXCL12环境中。此外,来源于AML患者的CD34+CD38-原代干祖细胞也表现出CD69高表达与Ki67表达下调及CXCR4表达上调之间的关联性。这些结果共同表明,CD69通过抑制mTOR相关信号通路和促进CXCR4和CXCL12间的相互作用来介导肿瘤细胞的静息与粘附状态。
最后,研究人员使用反卷积算法从两个独立临床队列的混合群体转录组数据中推断了CD69+ HSC-like细胞亚群在每个患者中的比例。结果表明,高比例CD69+亚群与预后不良相关的遗传变异密切相关。同时,与低比例CD69+亚群组相比,高比例CD69+亚群组患者的微小残留病(MRD)阳性率、复发率均更高,生存期则缩短。与常用的AML患者LSC17预后积分系统相结合,该方法能够在LSC17系统的基础上进一步鉴别出预后不良的患者。因此,CD69亚群的比例对于AML的临床诊断和预后评估具有重要意义。
总结
了解和清除缓解期残留的AML细胞是当前国际研究的热点,该研究不仅首次刻画了AML化疗后残留肿瘤细胞的单细胞转录组图谱,还揭示了耐药LSC亚群及其表面标记CD69,为克服AML耐药复发提供了治疗方向。
不仅如此,本研究发现CD69通过mTOR介导化疗耐药,这与近两年单细胞转录组研究揭示的miR126(Naldini et al. Nat Commun 2023)、EGFL7(Li et al. Leukemia 2023)等通过调控PI3K-AKT-mTOR介导化疗耐药相互印证。尽管分子标记各异,但介导化疗耐药的核心通路仍然是PI3K-AKT-mTOR,这些研究共同强调了该通路在介导化疗耐药中的重要作用。
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