单细胞层面解析肝细胞癌肿瘤微环境中细胞周期调控与细胞间通讯对预后的影响

《Clinical and Experimental Medicine》：Impact of single-cell cell cycle regulation of intercellular communication on the prognosis of hepatocellular carcinoma in the tumor microenvironment

本研究针对肝细胞癌(HCC)治疗反应不佳的临床挑战，通过单细胞RNA测序(scRNA-seq)技术分析了24,637个细胞，发现增殖细胞(PC)、树突状细胞(DC)和巨噬细胞(MAC)中细胞周期调控异常显著影响TME细胞间通讯。研究证实细胞周期失调与患者预后不良及免疫治疗疗效相关，为HCC提供了新的治疗靶点策略。

　　

肝细胞癌是全球范围内导致癌症相关死亡的主要原因之一，尽管手术切除、靶向治疗和免疫治疗等方案不断进步，但患者仍面临高转移率、高复发率和药物耐药性等严峻挑战。肿瘤微环境(TME)作为包含多种细胞类型的复杂生态系统，在肝癌进展中扮演着关键角色，然而其中细胞周期调控如何影响不同细胞亚群间的相互作用尚不明确。

发表在《Clinical and Experimental Medicine》的这项研究，通过整合单细胞转录组学和生物信息学方法，深入探索了HCC肿瘤微环境中细胞周期调控与细胞间通讯的关联及其临床意义。研究人员首先从TCGA数据库获取374例HCC和50例正常组织的转录组数据，鉴定出9,426个差异表达基因，其中2,580个上调、6,846个下调。通过单变量Cox回归分析筛选出1,323个与预后相关的差异表达基因，富集分析显示这些基因显著集中于细胞周期相关通路。

研究团队进一步对GEO数据集GSE166635中的两个HCC样本进行单细胞RNA测序分析，共获得24,637个高质量细胞。通过非负矩阵分解(NMF)聚类技术，在肿瘤微环境中识别出三类具有显著细胞周期特征的细胞亚群：增殖细胞(PC)、树突状细胞(DC)和巨噬细胞(MAC)。这些细胞亚群表现出独特的生物学状态和细胞间通讯模式。

关键技术方法包括：利用Seurat软件进行单细胞数据质控和聚类分析；使用CellChat包解析细胞间通讯网络；应用Monocle包进行拟时序轨迹分析；采用SCENIC软件包研究基因调控网络；通过GSVA算法将单细胞特征投射至TCGA和ICGC等批量转录组数据中进行生存分析。

研究结果方面，细胞可视化分析显示15种主要细胞类型形成了复杂的细胞间通讯网络。细胞周期评分在PC、DC和MAC亚群中显著上调，其中PC细胞可进一步分为MCM6+PCs-C1、CCNB1+PCs-C2和NOD-PCs-C3三个亚型。这些亚型表现出不同的细胞通讯特征：CCNB1+PCs-C2主要通过MIF和SPP1信号通路与其他细胞交流，而MCM6+PCs-C1主要接收GAS和IL10信号。

巨噬细胞方面，研究人员识别出TGFB1+Mac-C1、CDKN1A+Mac-C2、GADD45B+Mac-C3和Non-Mac-C4四个亚群。拟时序分析表明细胞周期基因在巨噬细胞分化的中后期起主导作用。代谢分析显示，脂肪酸代谢在多个细胞类型中高度活跃，而糖胺聚糖生物合成活性较低。

树突状细胞分析揭示了六个亚型：CDKN1A+DCs-C1、GADD45B+DCs-C2、PCNA+DCs-C3、ANAPC11+DCs-C4、RB1+DCs-C5和Non-DCs-C6。这些亚型表现出不同的共刺激和共抑制特征，其中ANAPC11+DCs-C4在MIF和GALECTIN信号通路中表现出较高的传入信号强度。

临床意义方面，肿瘤样本中细胞周期相关基因表达显著高于正常组织。生存分析显示，特定细胞周期亚型(如CCNB1+PCs-C2和GADD45B+Mac-C3)与患者总体生存率显著相关。通过TIDE算法预测，细胞周期特征可影响免疫检查点抑制剂治疗效果。

实验验证部分，研究人员通过qPCR在HepG2细胞中验证了五个关键基因的表达，结果与测序数据一致，证实了细胞周期相关基因在肝癌细胞中的差异表达。

讨论部分强调，细胞周期失调是HCC发展的核心特征，其中CDK/细胞周期蛋白复合物的异常激活是关键机制。本研究首次在单细胞水平揭示了TME中不同细胞类型的细胞周期调控异质性，特别是发现了内皮细胞与细胞周期相关亚型之间的复杂通讯网络。巨噬细胞和树突状细胞的代谢重编程与细胞周期调控密切相关，这种双重调控影响了肿瘤免疫逃逸。

研究局限性包括缺乏功能性验证实验，未来需要利用患者来源类器官等模型进一步验证CCNB1/GADD45B亚型的功能。尽管发现了代谢通路变化，但需要实时代谢测量数据支持。免疫治疗预测仅基于计算分析，需体内外实验验证。

结论表明，TME中细胞周期调控通过影响细胞间通讯网络参与HCC进展，靶向特定细胞周期亚型可能改善患者预后。该研究为开发联合治疗策略(如CDK抑制剂与免疫治疗联用)提供了理论依据，为肝癌精准治疗开辟了新方向。