单细胞转录组学揭示未分化甲状腺癌免疫抑制性肿瘤微环境重塑

《Cancer Medicine》：Single-Cell Transcriptome of Anaplastic Thyroid Cancer Reveals Immunosuppressive Tumor Microenvironment Remodeling

　　

未分化甲状腺癌（anaplastic thyroid cancer, ATC）是一种罕见但极具侵袭性的恶性肿瘤，是导致大多数甲状腺癌相关死亡的原因。为阐明ATC与侵袭性乳头状甲状腺癌（papillary thyroid cancer, PTC）在分子和免疫特征上的差异，研究人员对3例ATC和3例致死性PTC样本进行了单细胞RNA测序（single-cell RNA sequencing, scRNA-seq）。ATC肿瘤细胞表现出增强的炎症和免疫相关基因表达，以及MAPK和PI3K通路的共激活。值得注意的是，ATC中p53通路活性受到抑制，同时血管生成和免疫逃逸程序被激活，提示信号模式从增殖驱动向免疫逃逸导向转变。转录网络分析揭示E2F家族激活，包括E2F1、E2F7和E2F8，提示CDK–RB–E2F轴失调驱动肿瘤去分化和增殖，p53抑制释放E2F依赖性转录重编程。免疫分析显示ATC中CD8+ T细胞耗竭特征升高并高表达抑制性免疫检查点分子，伴随Treg–CD8+ T细胞互作增强，表明存在T细胞耗竭和Treg介导抑制的双重免疫抑制机制。此外，研究人员鉴定出具有抗原呈递能力的癌症相关成纤维细胞（cancer-associated fibroblast, CAF）及其改变的CD4+ T细胞互作。这些发现描绘了ATC的单细胞图谱，并证明去分化过程中肿瘤内在信号与肿瘤微环境（tumor microenvironment, TME）的协同改变，为针对甲状腺癌分子和免疫特征开发合理联合免疫治疗奠定基础。

研究背景方面，未分化甲状腺癌（ATC）罕见但预后极差，中位总生存（overall survival, OS）仅4至10个月；乳头状甲状腺癌（PTC）多数预后好，但部分侵袭性PTC可局部侵犯、远处转移或复发，临床上与ATC具有相似难治特征。已有免疫检查点抑制剂（immune checkpoint inhibitor, ICI）研究显示ATC对联合免疫治疗反应较好，而分化型甲状腺癌（differentiated thyroid cancer, DTC）反应有限。既往对ATC免疫微环境的研究提示髓系免疫抑制细胞和成纤维细胞富集、T细胞耗竭明显，但ATC与临床预后差PTC的直接比较、以及基于原发患者来源ATC样本的全面单细胞研究仍很少。由于ATC罕见且临床取材困难，研究人员开展本研究以比较ATC与侵袭性PTC的肿瘤、免疫和基质细胞特征，揭示去分化过程中的免疫抑制性生态体系。

该论文发表于《Cancer Medicine》。研究人员对来自University of Tsukuba Hospital的3例ATC和3例侵袭性PTC手术标本进行10× Genomics Chromium单细胞RNA测序，经质量控制、DoubletFinder双细胞识别、scType与SingleR注释，并结合标志物手动注释；利用pySCENIC计算调节子活性，PROGENy推断通路活性，ssGSEA评估耗竭特征，CellChat推断细胞间配体–受体互作，并用公共数据库GSE33630和GSE29265进行外部验证；样本队列来源为2020至2021年手术患者来源新鲜组织。

研究结果如下。3.1 ATC与侵袭性PTC相比T和NK细胞丰度更高：研究人员通过整合6例样本无监督聚类得到六大细胞群，并计算各群比例，发现ATC中T与NK细胞占60%至88%，显著高于PTC，说明ATC免疫浸润以淋巴样细胞为主但并不等同于有效抗肿瘤免疫。3.2 肿瘤内在信号与调节组分析确定ATC中MAPK/PI3K共激活、p53抑制和E2F激活：通过差异表达基因（differentially expressed gene, DEG）、GO富集、PROGENy通路评分、pySCENIC调节子分析，研究人员发现ATC甲状腺细胞标志基因丢失，炎症与免疫应答基因上调，MAPK与PI3K通路增强，p53通路活性下降，E2F1、E2F7、E2F8等E2F家族调节子激活；外部数据集验证了甲状腺分化标志下降、p53通路受抑与E2F靶基因升高。3.3 淋巴免疫细胞亚型鉴定揭示ATC免疫抑制特征：研究人员将T、NK、髓样细胞重新聚类，发现ATC中CD8⁺ T细胞耗竭签名和TIGIT、LAG3、HAVCR2（TIM-3）、CTLA4、PDCD1（PD-1）等抑制性检查点表达显著高于PTC；外部验证同样显示耗竭分数与检查点分子升高。3.4 甲状腺癌中CAF亚型及其在ATC和PTC中的富集：研究人员将成纤维细胞分为肌成纤维细胞样CAF（myoCAF）、抗原呈递CAF（antigen-presenting CAF, apCAF）和未分类CAF（uncCAF）；apCAF高表达MHC II类分子与CD74，myoCAF高表达ACTA2、COL1A1、THY1；两类肿瘤间CAF比例无显著差异，但说明甲状腺癌间质存在异质性。3.5 细胞互作分析显示ATC免疫抑制环境：通过CellChat，研究人员发现ATC肿瘤细胞向CD8⁺ T和NK细胞的互作减弱，颗粒酶（GZMA）介导杀伤互作在PTC存在而在ATC缺失；Treg向CD8⁺ T互作在ATC增强；apCAF向CD4⁺ T的MHC II类互作在ATC减弱，提示抗原呈递与T细胞活化受损。

讨论部分总结：研究人员指出ATC常由DTC经多步去分化形成，BRAF或RAS改变合并TP53、TERT启动子突变推动去分化；本研究显示ATC从增殖驱动转向免疫逃逸导向，p53通路受抑释放E2F依赖性重编程，驱动去分化和增殖。ATC存在CD8⁺ T耗竭与Treg抑制双重机制，这解释了为何ATC比DTC更适合ICI治疗，也支持联合ICI或Treg靶向策略。apCAF在甲状腺癌中被识别，其MHC II类相关互作减弱提示CD4⁺ T介导免疫激活受损。研究人员也承认样本量少、部分ATC为相对可切除较好预后亚组、PTC驱动突变异质、E2F功能未做实验验证等局限。

研究结论部分翻译：ATC是一种极侵袭性恶性肿瘤，虽罕见却造成大多数甲状腺癌相关死亡。本研究对3例ATC和3例致死性PTC进行scRNA-seq，揭示肿瘤细胞和免疫微环境差异。ATC肿瘤细胞炎症与免疫相关基因上调，MAPK与PI3K共激活，p53通路受抑，E2F家族调节子激活，提示CDK–RB–E2F轴失调。ATC中CD8⁺ T细胞耗竭签名和抑制性检查点升高，Treg–CD8⁺ T互作增强，并存在apCAF与CD4⁺ T互作改变。这些结果刻画了ATC单细胞图谱，证明去分化中肿瘤内在信号与TME协同重塑，为针对甲状腺癌分子与免疫特征开发合理联合免疫治疗提供依据。