整合单细胞与空间转录组分析揭示了胶质母细胞瘤中乳酸驱动的NFATc4?肿瘤细胞与SPP1?巨噬细胞之间的相互作用

《Journal of Translational Medicine》：Integrative single-cell and spatial transcriptomic analysis reveals a lactate-driven crosstalk between NFATc4? tumor cells and SPP1? macrophages in glioblastoma

　　

摘要

背景

胶质母细胞瘤仍是一种致命的脑肿瘤，目前可用的治疗手段十分有限。代谢重编程，尤其是乳酸代谢，在肿瘤进展和免疫逃逸过程中起着关键作用。

方法

在本研究中，我们结合单细胞RNA测序、空间转录组学以及机器学习技术，探究胶质母细胞瘤中乳酸代谢的异质性。

结果

通过单细胞RNA测序数据（GSE138794），我们将肿瘤细胞分为高乳酸代谢组和低乳酸代谢组，并确定活化T细胞核因子胞质4（NFATc4）是与乳酸代谢升高相关的关键转录因子。伪时间轨迹分析显示，在肿瘤细胞分化过程中NFATc4的表达会动态上升，这一现象与肿瘤的侵袭性特征相关。空间转录组学研究（GSE194329）表明，NFATc4阳性的肿瘤细胞与SPP1阳性的巨噬细胞存在共定位现象，这说明两者在肿瘤微环境中存在相互作用。通过101种机器学习算法构建的预后模型（StepCox[forward] + RSF）在多个独立队列中均表现出良好的预测效果（TCGA、CGGA、GSE108474、GSE4412以及综合队列）。不同风险等级的患者在免疫浸润、基因拷贝数变化以及药物敏感性方面存在差异。体外功能实验证实，敲低胶质母细胞瘤细胞中的NFATc4能够抑制肿瘤细胞的增殖、迁移和细胞周期，同时促进其凋亡。此外，敲低胶质母细胞瘤细胞中的NFATc4还能降低共培养巨噬细胞中的SPP1表达、迁移能力以及M2样极化程度。进一步在巨噬细胞中沉默SPP1后，其对共培养胶质母细胞瘤细胞的促肿瘤作用也会减弱，这进一步证明了NFATc4–SPP1轴的功能重要性。

结论

我们的研究表明，与乳酸代谢相关的NFATc4是胶质母细胞瘤领域具有潜力的治疗靶点，这一发现对于疾病的预后分层以及联合疗法的开发具有重要意义。