基于空间多组学揭示脂质相关巨噬细胞邻域决定黑色素瘤免疫检查点抑制剂治疗反应

《Genome Medicine》：Cellular and spatial continuum of TAM functional states governs immune exclusion and dictates immune checkpoint resistance in melanoma

摘要

背景

免疫检查点抑制剂（ICI）疗法彻底改变了黑色素瘤的治疗方式，但许多患者要么对治疗无反应，要么在初始反应后出现耐药性。导致这些不同治疗结果的肿瘤微环境（TME）中的细胞和空间决定因素仍不明确。本文旨在探讨与ICI反应和耐药性相关的TME的免疫组成和空间结构。

方法

我们将公开的scRNA-seq数据（共32个样本）与 Independent黑色素瘤队列（共6个样本）的内部空间转录组学数据和成像质谱流式细胞术相结合，以实现TME的高分辨率空间分析。这种多模态方法使我们能够绘制出不同空间邻域内的细胞异质性图谱。为了验证我们的发现，我们构建了一个基于scRNA-seq的 Signature 矩阵，并对一个大规模RNA-seq队列（共334个样本）进行了反卷积处理。临床关联性通过Kaplan–Meier生存分析、Cox风险模型和机器学习分类器进行评估。

结果

我们识别出一种独特的肿瘤相关巨噬细胞（TAM）状态，称为脂质相关巨噬细胞（LA-TAMs），其特征是具有保守的脂质代谢途径以及在缺氧条件下特有的糖酵解适应性。深入的空间多组学分析揭示了与治疗结果相关的不同免疫结构。在无反应的患者中，LA-TAMs与稀疏分布的TIM3?耗竭型CD8? T细胞共位于一个免疫排斥的TME环境中。相比之下，有反应的患者体内存在干扰素激活的CCL4? TAMs（IFN-TAMs），这些TAMs与Granzyme B?活化的CD8? T细胞在空间上聚集，反映了免疫活跃的微环境。这些发现定义了与ICI反应相关的不同巨噬细胞主导的免疫邻域。有趣的是，无论是否存在IFN-TAMs邻域，LA-TAM富集的患者的病情始终无反应或在随访期间出现进展。最后，我们构建了一个基于单细胞数据的Signature矩阵，该矩阵可以从大规模RNA-seq数据中估计TAM的比例，并在一个验证队列中显示出LA-TAM丰度是预测ICI治疗无效和生存率的稳健、独立的指标。

结论

我们的研究确定了黑色素瘤中TAM异质性的空间格局，并将LA-TAM邻域确定为ICI耐药性的一个重要特征。尽管患者表现出不同的TAM主导的免疫状态，但LA-TAM的存在可能会削弱IFN-TAM相关免疫激活的有益效果。最后，我们提出的Melanoma-TME衍生Signature矩阵提供了一个可通用的框架，可用于稳健地预测ICI的反应和耐药性。