肝细胞癌中APOE相关脂质处理巨噬细胞：配体-受体通讯与宿主Apoe关联的髓系重塑

《Frontiers in Immunology》：APOE-associated lipid-handling macrophages in hepatocellular carcinoma: ligand–receptor communication and host Apoe-linked myeloid remodeling

　　

摘要翻译：背景：肝细胞癌（hepatocellular carcinoma，HCC）发生于肝脏，该器官具有活跃的脂质代谢，并伴有显著的髓系细胞重塑。脂质处理巨噬细胞状态是否在HCC中富集，以及它们如何与候选配体-受体通讯和肿瘤微环境重塑相关，仍不清楚。方法：研究人员分析了来自10例HCC患者的配对肿瘤和邻近肝组织单细胞转录组数据。通过免疫细胞组成、代谢通路活性和肿瘤上调的脂质相关基因程序筛选肿瘤相关脂质处理候选因子，并优先选择APOE进行下游分析。采用髓系细胞重聚类、模块评分和CellChat分析来表征APOE阳性巨噬细胞，并推断以APOE阳性巨噬细胞为中心的候选通讯。使用Hepa1–6皮下肿瘤模型、Nras-Myc驱动的肝肿瘤模型、小鼠单细胞转录组学和骨髓来源巨噬细胞脂质负荷实验，评估宿主Apoe缺陷、肿瘤细胞Apoe扰动和巨噬细胞中性脂质积累。结果：与邻近肝组织相比，HCC肿瘤显示免疫细胞组成和免疫代谢通路活性改变。在肿瘤上调的脂质相关候选因子中，APOE因肿瘤相关表达、在脂质相关筛选策略中排名一致以及与脂蛋白和胆固醇处理的功能相关性而被优先考虑。APOE阳性巨噬细胞在肿瘤中富集，并显示脂质转运、胆固醇处理、内溶酶体和氧化还原适应程序。CellChat分析确定了涉及APOE阳性巨噬细胞的候选配体-受体相互作用，包括APOE–TREM2相关的传入相互作用和SPP1–整合素/CD44传出相互作用。在免疫活性Hepa1–6模型中，宿主Apoe缺陷减弱了肿瘤生长，并伴有血管化减少和CD8阳性细胞浸润增加，而肿瘤细胞Apoe敲低在免疫缺陷小鼠中未显著影响肿瘤体积或肿瘤重量。在Nras-Myc肝肿瘤模型中，Apoe缺陷降低了肿瘤负荷和增殖活性，并伴随肿瘤巨噬细胞和单核细胞程序从脂质处理和吞噬溶酶体活性向炎症趋化因子相关活性的转变。在脂质负荷的骨髓来源巨噬细胞中，Apoe缺陷增加了中性脂质积累。结论：该研究将APOE相关巨噬细胞脂质处理与推断的配体-受体通讯和宿主Apoe关联的微环境重塑联系起来，并强调APOE关联的髓系脂质处理程序是HCC发展过程中免疫微环境重塑的潜在组成部分。

论文解读：APOE相关脂质处理巨噬细胞在肝细胞癌中的配体-受体通讯与宿主Apoe关联的髓系重塑

研究背景：肝细胞癌（HCC）是全球主要癌症负担之一，其发生发展通常不是孤立的恶性转化事件，而是长期慢性肝损伤、炎症、纤维化、血管重塑和代谢功能障碍共同作用的结果。肝脏作为活跃脂质代谢器官，其免疫微环境具有器官特异性特征。肿瘤相关巨噬细胞（TAMs）具有吞噬、脂质处理、组织修复和免疫调节功能，可参与塑造抗肿瘤免疫。既往单细胞研究显示HCC中肿瘤浸润髓系细胞并非均一的免疫抑制群体，而是包含炎症、组织驻留、脂质处理、抗原呈递和促肿瘤功能等多种状态。脂质相关巨噬细胞和TREM2阳性巨噬细胞在代谢性肝病、组织修复和肿瘤微环境重塑中发挥作用，但脂质处理程序在HCC中如何富集、如何与肿瘤相关细胞间通讯相联系，以及是否参与支持肿瘤生长仍不完全清楚。

研究内容：研究人员分析了10例HCC患者的配对肿瘤和邻近肝组织单细胞转录组数据，从免疫细胞组成、代谢通路活性和肿瘤上调脂质相关基因三个互补角度筛选脂质处理候选因子，优先选择APOE进行下游分析。通过髓系细胞重聚类、模块评分和CellChat分析表征APOE阳性巨噬细胞并推断候选通讯。采用Hepa1–6皮下肿瘤模型、Nras-Myc驱动的肝肿瘤模型、小鼠单细胞转录组学和骨髓来源巨噬细胞脂质负荷实验评估宿主Apoe缺陷、肿瘤细胞Apoe扰动和巨噬细胞中性脂质积累。研究发现HCC肿瘤显示免疫细胞组成和代谢通路活性改变，APOE阳性巨噬细胞在肿瘤中富集，显示脂质转运、胆固醇处理、内溶酶体和氧化还原适应程序。CellChat分析确定了APOE–TREM2传入相互作用和SPP1–整合素/CD44传出相互作用。宿主Apoe缺陷在免疫活性Hepa1–6模型中减弱肿瘤生长、减少血管化和增加CD8阳性细胞浸润，在Nras-Myc肝肿瘤模型中降低肿瘤负荷和增殖活性，并伴随巨噬细胞和单核细胞程序从脂质处理向炎症趋化因子相关活性的转变。肿瘤细胞Apoe敲低在NOG小鼠中未显著影响肿瘤生长。Apoe缺陷增加脂质负荷BMDMs的中性脂质积累。

主要技术方法：研究使用了人HCC配对肿瘤和邻近组织单细胞RNA测序数据（数据集HRA001748），通过Seurat、Harmony和UMAP进行数据处理和聚类。代谢通路活性采用scMetabolism和AUCell评分。髓系细胞重聚类和模块评分采用文献来源的基因模块。细胞通讯分析采用CellChat。体内实验使用Hepa1–6皮下肿瘤模型（免疫活性C57BL/6J和Apoe?/?小鼠）和NOG免疫缺陷小鼠异种移植模型，以及Nras-Myc驱动肝肿瘤模型（流体力学尾静脉注射）。小鼠单细胞转录组学采用10x Genomics平台。BMDM脂质负荷实验使用油酸和oxLDL处理，BODIPY 493/503染色流式细胞术检测中性脂质。

研究结果：
1. 单细胞分析揭示HCC中的免疫代谢重塑：肿瘤组织显示上皮富集和T细胞比例降低，免疫细胞群中代谢通路活性发生肿瘤相关变化，包括CYP450/异生物质解毒、脂质代谢和能量/氧化还原通路。
2. APOE被优先作为肿瘤相关脂质处理因子：APOE在多种脂质相关筛选策略中一致保留，在聚焦脂质相关过滤器中排名第一，且表达于上皮和髓系细胞。
3. 髓系重聚类识别肿瘤富集的APOE阳性巨噬细胞：APOE阳性巨噬细胞在肿瘤中显著增加（P=0.011），显示高APOE/C1Q、脂质摄取、胆固醇处理、溶酶体/吞噬体和氧化还原/谷胱甘肽相关评分。
4. 肿瘤APOE阳性巨噬细胞显示协调的脂质转运、胆固醇运输和内溶酶体处理：配对分析显示肿瘤APOE阳性巨噬细胞中上述模块评分显著升高，基因表达包括APOE、APOC1、TREM2、LRP1、LDLR、ABCA1、ABCG1、NPC1、NPC2、LIPA、CTSD、CTSB和LAMP1。
5. CellChat分析确定候选配体-受体相互作用：APOE–TREM2为主要传入信号（主要来自上皮），传出信号包括SPP1–ITGB1、SPP1–CD44和SPP1–ITGAV等。
6. 宿主Apoe缺陷减弱肿瘤生长：在免疫活性Hepa1–6模型中，Apoe?/?宿主肿瘤体积和重量减小，CD31阳性血管面积减少，CD8阳性细胞浸润增加；在NOG小鼠中，肿瘤细胞Apoe敲低无显著影响。
7. 宿主Apoe缺陷减弱Nras-Myc驱动肝肿瘤发展：Apoe?/?小鼠肝肿瘤负荷降低，Ki67阳性核比例降低，HE染色显示肿瘤相关病变减少。多重免疫荧光显示ApoE信号在CD206阳性巨噬细胞丰富区域更明显。
8. Apoe缺陷与肿瘤髓系状态和功能程序改变相关：Apoe?/?肿瘤中Folr2阳性、Trem2阳性、Spp1阳性和Thbs1阳性巨噬细胞比例降低，脂质/胆固醇处理和溶酶体/吞噬作用评分降低，炎症趋化因子和血管生成/损伤配体评分升高。
9. Apoe缺陷增加脂质负荷BMDMs中性脂质积累：在油酸或oxLDL处理后，Apoe?/? BMDMs的BODIPY 493/503信号显著高于WT。

讨论总结：该研究将APOE相关巨噬细胞脂质处理与推断的配体-受体通讯和宿主微环境重塑联系起来。APOE作为遗传和功能切入点，其种系变异与HCC易感性相关。TREM2作为脂质感应受体，可能通过DAP12/TYROBP信号传导将脂质货物识别转化为巨噬细胞功能程序。研究结果表明APOE相关脂质处理可能协同TREM2关联的脂质感应塑造HCC肿瘤相关巨噬细胞适应。宿主Apoe缺陷在两种模型中均减弱肿瘤生长，提示Apoe的宿主微环境作用。局限性包括：单细胞发现基于转录组数据，需空间或蛋白水平验证；CellChat只能推断候选相互作用；系统性Apoe缺陷未确定确切宿主细胞来源；BMDM体外实验不能完全模拟肿瘤微环境脂质环境；未评估患者APOE基因型和蛋白亚型。

研究结论：该研究鉴定了HCC中APOE相关脂质处理巨噬细胞状态，并将其与推断的配体-受体通讯和体内宿主微环境重塑联系起来。宿主Apoe缺失减弱肿瘤生长并伴随髓系程序改变，强调APOE关联的巨噬细胞脂质处理作为理解HCC免疫代谢重塑和宿主依赖性微环境变化的潜在切入点。