单细胞质谱细胞术揭示乳腺癌生态系统中半胱氨酸组织蛋白酶的空间与细胞组织特征

《Breast Cancer Research》：Single-cell and spatial profiling of cysteine cathepsins identifies tumor states relevant to antibody-drug conjugates in breast cancer

摘要

乳腺癌是一种高度异质性疾病，其形成受到恶性细胞、免疫浸润、基质区室及细胞外基质之间动态相互作用的塑造。在这些相互作用的分子调控因子中，半胱氨酸组织蛋白酶和豆果蛋白（legumain）已被确认为参与组织重塑、免疫调控和肿瘤进展的重要蛋白酶，但它们在人体乳腺癌生态系统中的分布和功能状态仍未被充分阐明。在本研究中，我们利用高维单细胞质谱细胞术对66例患者匹配的周围血和肿瘤样本进行分析，结合完整组织的成像质谱细胞术以及基于活性的飞行时间探针进行原位活性蛋白酶检测，对乳腺癌标本进行了以蛋白酶为中心的综合分析。全身性免疫谱分析鉴定出两个患者亚群，主要与术前新辅助治疗及肿瘤分级相关，并伴有不同的细胞因子和循环蛋白酶模式。在肿瘤中，单细胞分析揭示了患者间组织结构和免疫浸润的显著异质性，而蛋白酶谱分析则发现了可重复的与细胞类型相关的模块，包括组织蛋白酶B/L-胱抑素C和豆果蛋白-胱抑素E/M轴。组织蛋白酶B和L在肿瘤浸润免疫细胞中显著表达，在上皮细胞中呈可变表达；而组织蛋白酶D在肿瘤中分布更广，组织蛋白酶S的分布则更为局限。在上皮细胞中，HER2表达与高水平的组织蛋白酶B或L并不总是一致，这使得我们能够识别出一小组同时具有HER2高表达/蛋白酶高表达状态的局限亚组患者，该状态与蛋白酶可切割的抗体-药物偶联物相关。空间成像进一步将组织蛋白酶B和D定位于肿瘤-基质界面和巨噬细胞富集区域，基于活性的成像质谱细胞术确认了人类乳腺肿瘤组织中存在具有催化活性的组织蛋白酶B。综上所述，这些发现将半胱氨酸组织蛋白酶定义为乳腺肿瘤生态系统中具有空间组织和细胞组织特性的组成部分，并为基于蛋白酶的患者的分层以及靶向治疗中的生物标志物-蛋白酶配对提供了框架。