单细胞转录组学揭示ITGA2介导的代谢重编程及在儿童甲状腺癌发生中的免疫相互作用

《Advanced Science》：Single-Cell Transcriptomics Reveals ITGA2-Mediated Metabolic Reprogramming and Immune Crosstalk in Pediatric Thyroid Carcinogenesis

本研究通过单细胞RNA测序和功能验证，首次揭示儿童乳头状甲状腺癌（PPTC）中ITGA2高表达亚群（ITGA2hi-PTC细胞）通过调控糖酵解和M2型巨噬细胞极化驱动肿瘤增殖与转移。ITGA2通过SOX9转录因子增强GLUT1表达促进代谢重编程，同时激活JAK-STAT3信号通路诱导免疫抑制微环境，形成PPTC特异性恶性循环。该发现为靶向ITGA2和巨噬细胞免疫微环境提供了理论依据。

　　近年来，儿童甲状腺乳头状癌（PPTC）的发病率呈现持续上升趋势，其生物学特性相较于成人甲状腺乳头状癌（APTC）表现出更高的侵袭性。尽管已有大量研究聚焦于APTC的分子机制，但对PPTC特异性病理机制的理解仍显不足。为此，本研究通过高分辨率单细胞RNA测序技术对来自4例PPTC和9例APTC的13个临床样本进行了深入分析，揭示了一种新型的肿瘤亚群——ITGA2高表达的PPTC细胞（ITGA2^hi-PTC细胞），并确认其在PPTC发生与转移过程中扮演关键角色。此外，研究还通过组织芯片分析和体内功能验证，发现ITGA2通过调控两种肿瘤驱动机制：增强糖酵解通路和诱导M2型巨噬细胞极化，从而推动PPTC的侵袭性发展。这些发现为PPTC的精准诊断和靶向治疗策略提供了重要的理论依据。

儿童甲状腺癌的发病率在过去40年中翻了一番，而其病因与成人存在显著差异。尽管电离辐射是成人甲状腺癌的主要诱因，但在儿童群体中，即使采取了相应的防护措施，其发病率仍持续上升，这表明PPTC的发病机制可能涉及复杂的细胞微环境交互作用。值得注意的是，尽管PPTC和APTC在组织学表现上具有相似性，但其临床表现却大相径庭。PPTC常表现为较大的原发肿瘤、双侧受累、肿瘤外扩散、淋巴和肺转移倾向更强，并且复发率较高。这些差异提示，PPTC可能具有独特的肿瘤发生机制，需要更深入的分子层面研究。

从分子遗传学角度来看，PPTC与APTC存在显著的基因组差异。APTC中常见的BRAF V600E突变在PPTC中出现频率较低，而驱动基因重排和融合在PPTC中更为普遍。例如，RET重排（如RET/PTC1和RET/PTC3）在PPTC中占30%至50%，而NTRK融合（如ETV6-NTRK3）则占10%至20%。这些基因改变在APTC中并不常见，进一步强调了PPTC在分子水平上的独特性。然而，传统的分子分型方法在解释PPTC的临床表现方面仍显不足，这可能与肿瘤微环境中的复杂交互有关，包括肿瘤细胞内部的异质性以及肿瘤与基质、免疫细胞之间的动态相互作用。

单细胞RNA测序技术的突破，使得对PPTC的细胞生态和微环境动力学研究成为可能。通过对90234个细胞的分析，研究团队成功识别出多个不同的细胞亚群，包括肿瘤细胞、甲状腺滤泡细胞、内皮细胞、成纤维细胞、周细胞、T细胞、NK细胞、B细胞、髓系细胞、肥大细胞和增殖细胞等。结果显示，PPTC样本中肿瘤细胞和髓系细胞的比例显著高于APTC样本，而T细胞和NK细胞的比例则明显降低。这种细胞组成差异表明，PPTC的微环境可能具有不同于APTC的独特特征，进一步推动了肿瘤的侵袭性和转移倾向。

在PPTC细胞亚群的进一步分析中，研究发现ITGA2^hi-PTC细胞在PPTC中更为富集，并表现出高度的表达特征，包括ITGA2、KRT6A、SOSTDC1、KRT6B和KRT14等基因。这些基因与肿瘤进展密切相关，尤其是与上皮-间质转化（EMT）和细胞增殖有关。此外，ITGA2^hi-PTC细胞在功能富集分析中显示出显著的细胞增殖和细胞外基质组织的增强表达。这一结果提示，ITGA2可能在PPTC的增殖过程中发挥核心作用。

为了进一步验证ITGA2的功能，研究团队构建了来源于PPTC患者的类器官模型，并通过抗ITGA2抗体进行干预。结果显示，抗ITGA2抗体显著抑制了PPTC类器官的生长，这一发现与单细胞测序结果一致。此外，研究还发现ITGA2与葡萄糖转运蛋白GLUT1的表达密切相关，表明ITGA2可能通过调控GLUT1的表达，进而影响肿瘤细胞的糖酵解通路。糖酵解的增强通常与肿瘤细胞的快速增殖和代谢需求增加相关，这一机制可能在PPTC的侵袭性和转移过程中起到关键作用。

进一步研究揭示，ITGA2的表达受到关键转录因子SOX9的调控。通过SCENIC算法分析，研究发现SOX9在ITGA2^hi-PTC细胞中具有较高的转录活性。SOX9已被证实与肿瘤干细胞特性相关，并在多种癌症中促进肿瘤进展。在PPTC样本中，SOX9的表达水平显著高于APTC样本，并且与ITGA2表达呈正相关。这一发现支持了SOX9通过调控ITGA2表达，进而影响PPTC的代谢状态和侵袭能力的假设。

在肿瘤微环境的分析中，研究发现PPTC样本中M2型巨噬细胞的比例显著高于APTC。M2型巨噬细胞通常具有免疫抑制功能，其高比例可能为PPTC提供有利的微环境支持。研究团队通过细胞通讯分析发现，ITGA2^hi-PTC细胞与M2型巨噬细胞之间存在强烈的信号交流，表明ITGA2可能通过激活JAK-STAT3信号通路，促进巨噬细胞向M2型极化。这种极化不仅增强了肿瘤细胞的免疫逃逸能力，还可能通过分泌促肿瘤因子（如IL-4、IL-10和TGF-β）进一步推动肿瘤的进展和转移。

此外，研究还发现，ITGA2的表达不仅影响肿瘤细胞的代谢状态，还可能通过调节巨噬细胞的极化，形成一个双向的促癌循环。这一机制在PPTC中尤为显著，可能解释其相较于APTC更高的侵袭性和转移倾向。然而，尽管研究结果提供了重要的线索，但ITGA2如何具体调控GLUT1和巨噬细胞极化，仍需进一步的实验验证。

本研究的成果不仅加深了对PPTC发病机制的理解，还为未来的诊断和治疗策略提供了新的方向。例如，通过针对ITGA2或其下游信号通路（如JAK-STAT3或GLUT1）的靶向干预，可能有助于减缓PPTC的进展和转移。同时，研究中揭示的细胞微环境特征也为开发新型免疫治疗策略提供了理论基础。

值得注意的是，本研究在方法学上也存在一定的局限性。例如，由于儿童甲状腺癌样本的稀缺，研究仅纳入了4例PPTC样本，这可能影响结果的普适性。此外，尽管使用了多种方法验证ITGA2的功能，但尚未完全揭示其在肿瘤微环境中的具体作用机制。未来的研究需要进一步扩大样本量，并结合多组学数据（如蛋白组学和表观遗传学）以全面解析ITGA2调控PPTC的分子网络。

总的来说，本研究通过单细胞RNA测序、类器官模型、免疫组织化学和细胞通讯分析等方法，系统地揭示了ITGA2在PPTC中的关键作用。ITGA2不仅通过增强糖酵解通路促进肿瘤细胞的增殖，还通过诱导M2型巨噬细胞极化，改变肿瘤微环境的免疫特征，从而推动肿瘤的侵袭和转移。这些发现为PPTC的精准医学研究提供了重要的理论支持，也为开发新的治疗策略奠定了基础。未来的研究应进一步探索ITGA2与其它分子信号通路之间的交互作用，并验证其在不同临床环境中的治疗潜力。