单细胞图谱揭示肌层浸润性膀胱癌中ADC靶点沿肿瘤分化轨迹的动态表达差异及新发现细胞间通讯轴

《Journal of Translational Medicine》：Single-cell transcriptomic profiling of muscle-invasive bladder cancer reveals differentiation-dependent ADC target dynamics and tumor-immune checkpoint interactions

摘要

背景

靶向NECTIN4、TACSTD2/TROP-2和ERBB2/HER2的抗体药物偶联物（ADCs）已在尿路上皮癌中显示出临床疗效；然而，目前很少有研究系统地描绘这些靶点在单细胞水平上的表达图谱，及其与肿瘤分化状态、内在生物学程序或肿瘤免疫微环境的关系。我们的研究旨在构建最大规模的肌层浸润性膀胱癌（MIBC）整合单细胞图谱之一，定义ADC治疗脆弱性的生物学决定因素，并鉴定具有临床转化意义的新颖细胞间通讯轴。

方法

我们整合了来自21例MIBC患者（157,449个细胞）的三组独立队列的单细胞RNA测序数据。在上皮细胞群体中以单细胞分辨率进行共识分子亚型分类。采用Slingshot进行拟时间轨迹推断，以描绘ADC靶点沿基底到腔面分化轴的表达动态。采用CellChat分析探究肿瘤-免疫细胞间通讯网络，其中包括一个自定义整理的NECTIN4-TIGIT配体-受体对。使用正常人类（GSE129845；n = 8,697个细胞）和正常小鼠（GSE164557；n = 13,058个细胞）尿路上皮数据集进行跨物种验证。在TCGA-BLCA队列（n = 403）中验证了拟时间衍生的分化特征，评估其与分子亚型、通路活性、临床病理特征及生存结局的关联。

结果

单细胞分析揭示NECTIN4、TACSTD2/TROP-2和ERBB2/HER2分别与不同的肿瘤内在生物学程序相关。在患者水平分析中，TACSTD2/TROP-2表达与上皮-间质转化（EMT）升高相关，ERBB2/HER2与ABC转运体活性升高相关，并与IFN-γ信号传导存在一定程度的关联。拟时间轨迹分析表明，三个靶点在分化轴上的表达广度存在差异：TACSTD2/TROP-2在整个轨迹中广泛表达，ERBB2/HER2尖锐地定位于一个狭窄的时间窗口内，与ABC转运体模块评分升高共定位，而NECTIN4在早期基底细胞中几乎不表达，并在部分EMT过渡区域逐渐升高。CellChat分析将NECTIN4-TIGIT鉴定为排名最高的预测肿瘤至免疫抑制性检查点相互作用，肿瘤上皮细胞是NECTIN4介导TIGIT激活的唯一预测来源。有趣的是，APP-CD74作为一个新颖的肿瘤-免疫通讯轴出现，共检测到26个显著的细胞间相互作用；TCGA-BLCA验证显示，APP高表达/CD74低表达的肿瘤预后最差（HR = 2.00，95% CI: 1.31–3.04，p = 0.001），提示该轴通路的破坏可能与膀胱癌较差的生存结局相关。跨物种分析证实，TACSTD2/TROP-2广泛表达且富集于分化程度较高的细胞这一特征在正常人类和小鼠尿路上皮中均得以保守，反映了尿路上皮分化的生理特性。在TCGA-BLCA中，早期分化肿瘤的总体生存期显著更差（HR = 1.58，95% CI: 1.12–2.24，p = 0.009），且富集EMT（ρ = ?0.398）、IFN-γ反应（ρ = ?0.430）和增殖特征（ρ = ?0.502），但同时具有较高的肿瘤突变负荷，提示可能存在免疫治疗的机会。

结论

本研究通过构建最大规模的MIBC整合单细胞转录组图谱之一，证明ADC靶点表达沿肿瘤分化轨迹受到动态调控，且各靶点在该轨迹上的表达广度存在差异，这对生物标志物指导的患者分层具有重要启示。NECTIN4-TIGIT被鉴定为排名最高的预测肿瘤至免疫抑制性检查点相互作用，APP-CD74被确认为一个新颖的预后相关通讯轴，为联合治疗策略提供了理论依据。拟时间衍生的分化特征可作为尿路上皮癌中ADC治疗选择的潜在生物标志物。