单细胞与转录组整合分析揭示多发性骨髓瘤中骨髓间充质干细胞异质性及其预后价值

本研究针对多发性骨髓瘤(MM)肿瘤微环境中骨髓间充质干细胞(MSCs)的异质性问题，通过单细胞RNA测序(scRNA-seq)和转录组整合分析，首次鉴定出高迁移率族蛋白高表达亚群(HMGhMSCs)，揭示其通过免疫抑制微环境促进疾病进展的机制，并构建了基于HMGhMSCs的预后模型，为MM精准治疗提供新靶点。

　　

多发性骨髓瘤(MM)作为一种难治性血液系统恶性肿瘤，其复杂的肿瘤微环境(TME)是导致化疗耐药和疾病复发的关键因素。尽管近年来新疗法不断涌现，但肿瘤异质性导致的治疗反应差异仍是临床面临的重大挑战。特别值得注意的是，骨髓间充质干细胞(MSCs)在MM微环境中扮演着双重角色：既参与免疫抑制又影响骨代谢平衡。然而，MSCs在单细胞水平的异质性特征及其在疾病进展中的动态变化仍不明确，这极大限制了对MM微环境调控机制的深入理解。

为解决这一科学问题，中山大学附属第一医院和深圳校区医学系统生物学研究所的研究团队联合开展了一项创新性研究。通过整合单细胞转录组和批量转录组数据，系统解析了MM患者骨髓MSCs的异质性特征，相关成果发表在《Journal of Translational Medicine》。研究人员采用10X Genomics单细胞测序技术分析健康供者和不同修订国际分期系统(R-ISS)阶段MM患者的骨髓样本，结合Seurat、SCENIC、CellChat等生物信息学工具，并利用GSE4581和GSE136337数据集构建预后模型。关键技术包括：单细胞转录组测序(10X Genomics)、细胞通讯网络分析(CellChat)、转录因子调控网络推断(SCENIC)、LASSO回归预后模型构建等。

研究结果部分，首先通过"Mesenchymal stem cells(MSCs) exhibit notable heterogeneity in the progression of multiple myeloma"揭示：从31,766个细胞中鉴定出6个功能亚群，包括成骨(C1)、促血管(C0-11)、免疫调节(C5-6-7-13)、多能(C9)等亚群。UMAP可视化显示免疫调节MSCs在R-ISSI阶段显著聚集，而成骨MSCs随疾病进展逐渐减少。

"Immune regulatory MSCs exhibit immunosuppressive functions in the early stages"部分发现：免疫调节MSCs可分为3个亚群，其中HMGhMSCs(C2/C3)高表达HMGB1/2/3等炎症相关基因。临床预后分析显示HMGhMSCs浸润与不良预后显著相关(p=0.026)，其通过IL-6、CXCL8等细胞因子塑造免疫抑制微环境。

"Membrane proteins are significant in immune regulatory HMGhMSCs"鉴定出132个HMGhMSCs特异性上调基因(如LYZ、CXCL12)和859个下调基因(如SLC家族膜蛋白)。功能分析表明这些差异基因参与Wnt信号通路和细胞通讯调控。

"Ligand-receptor interaction networks"揭示HMGhMSCs通过CD44-COL1A1/2等配体-受体对与成骨MSCs密切互作，GAS6-AXL通路在免疫调节中发挥关键作用。

"Prognostic model for MM patients"基于HMGhMSCs特征基因构建的预后模型在GSE136337(训练集)和GSE4581(验证集)中均显示良好预测效能，高风险组患者预后显著较差(p<0.001)。

"The tendency of MSC osteogenic differentiation to be related to osteolysis in MM"证实：成骨MSCs随疾病进展减少，与MM骨溶解密切相关(p=0.0019)。转录因子分析发现JUND、SOX4等调控成骨分化障碍。

这项研究首次在单细胞层面系统描绘了MM微环境中MSCs的异质性图谱，具有多重重要意义：一是发现HMGhMSCs新亚群可作为MM免疫治疗新靶点；二是阐明成骨MSCs减少与骨病变的关联机制；三是构建的预后模型为临床分层治疗提供工具。研究创新性体现在：整合单细胞和批量转录组数据揭示MSCs动态演变规律；发现HMG蛋白家族在MSCs免疫调控中的新功能；首次建立基于MSCs异质性的预后预测体系。这些发现为开发针对MM微环境的联合治疗策略奠定了理论基础，特别是为逆转免疫抑制和骨破坏提供了新的干预方向。