题目: 人类自然杀伤细胞的泛癌单细胞全景图
DOI: https://doi.org/10.1016/j.cell.2023.07.034 (opens new window)
Cite:Fei Tang,Jinhu Li,Lu Qi et al.A pan-cancer single-cell panorama of human natural killer cells, Cell, 14 September 2023.

作者介绍：

Zemin Zhang
北京大学
zemin@pku.edu.cn

Highlights:

• 人类 NK 细胞表现出肿瘤类型特异性亚组异质性
• RGS1表达是组织浸润 NK 细胞的可靠标志
• 肿瘤相关 NK 细胞的转录组特征表明细胞毒性受损
• 基于空间分析，LAMP3⁺ DC 似乎可以调节肿瘤中的 NK 细胞功能

Summary:

自然杀伤（NK）细胞在对抗肿瘤进展的先天免疫反应中发挥着不可或缺的作用。为了描述它们在肿瘤微环境中的表型和功能多样性，我们对 716 名癌症患者的 NK 细胞进行了综合单细胞 RNA 测序分析，涵盖 24 种癌症类型。我们以肿瘤类型特异性的方式观察了 NK 细胞组成的异质性。值得注意的是，我们已经鉴定出一组肿瘤相关 NK 细胞，它们在肿瘤中富集，表现出抗肿瘤功能受损，并且与不良预后和免疫治疗耐药性相关。特定的骨髓细胞亚群，特别是 LAMP3⁺树突状细胞似乎介导 NK 细胞抗肿瘤免疫的调节。我们的研究提供了对基于 NK 细胞的癌症免疫的见解，并强调了 NK 细胞亚群作为治疗靶点的潜在临床用途。

Graphical abstract:

Results:

Figure 1: Pan-cancer single-cell atlas of NK cells and their characteristics.

Figure 1. NK细胞的泛癌单细胞图谱及其特征

(A) 泛癌 NK 细胞分析中涉及的癌症类型。
(B) 不同癌症类型的患者数量。y 轴通过平方根变换进行缩放。
(C,D) CD56^brightCD16^lo细胞 (C) 和 CD56^dimCD16^hi细胞 (D) 的均匀流形近似和投影 (UMAP) 可视化。
(E,F) 跨组织的(E)CD56^dimCD16^hi和(F)CD56^brightCD16^loNK细胞亚群的组合物。
(G) NK细胞中功能基因的表达模式。

Figure 2: Heterogeneity of tumor-infiltrating NK cells across cancer types.

Figure 2. 不同癌症类型肿瘤浸润NK细胞的异质性

(A) 多种癌症类型中CD56^dimCD16^hi和CD56^brightCD16^loNK细胞的相对比率。
(B,C) 分别比较肿瘤和邻近非肿瘤组织之间两个主要 NK 群体的比例除以 NK 细胞总数的箱线图。
(D) 箱线图显示肿瘤中选定 NK 细胞亚群的频率。
(E) 热图显示 NK 细胞亚群中抑制性和激活性受体的分数。

Figure 3: Identification of RGS1 as a key tissue-infiltrating marker for NK cells.

Figure 3. RGS1作为NK细胞关键组织浸润标记物的鉴定

(A,B) 热图显示血液和非血液组织之间(A)CD56^brightCD16^lo和 (B) CD56^dimCD16^hi NK 细胞的差异表达基因。行代表特征基因，列代表不同的患者。
(C,D) UMAP 图显示(C) CD56^brightCD16^lo和 (D) CD56^dimCD16^hi NK 细胞中的RGS1表达及其组织分布。
(E) 不同组织中 CD56^brightCD16^lo和CD56^dimCD16^hi NK 细胞的组织驻留和迁移信号的表达模式。蓝线标记组织驻留信号，红线标记迁移信号。
(F) CD69、ITGAE和RGS1及其组合在基于计算机荧光激活细胞分选 (FACS) 的区分组织源性 NK 细胞中的性能。红点表示源自血液的 NK 细胞，灰点表示源自组织的 NK 细胞。虚线表示根据表达水平预测的血液和非血液 NK 细胞的边界。
(G) 小提琴图显示泛癌水平组织中RGS1 的表达。
(H) 热图显示了所分析的癌症类型的血液、肿瘤和邻近非肿瘤组织中RGS1的平均表达。

Figure 4: Characteristics of tumor-associated NK cells.

Figure 4. 肿瘤相关NK细胞的特征

(A) 覆盖在 CD56^dimCD16^hi NK 细胞UMAP 上的 RNA 速度。
(B) 来自肿瘤和邻近非肿瘤组织的 CD56^dimCD16^hi NK 细胞的密度图。虚线代表 c6-DNAJB1 细胞的富集区域。
(C) 火山图显示肿瘤和邻近非肿瘤组织之间CD56^dimCD16^hi NK 细胞的差异表达基因。
(D) 通过多重免疫荧光染色显示 TaNK 细胞的 HCC 肿瘤的代表性示例（箭头）。
(E) 使用流式细胞术检测肝癌患者的肿瘤和邻近非肿瘤区域中CD56^dimCD16^hi HSP40⁺ NK细胞在CD56^dimCD16^hi NK细胞中的百分比。
(F) 沿伪时间绘制的基因表达。
(G) 箱线图显示 CD56^dimCD16^hi c4−NFKBIA、c6-DNAJB1 和 c7-NR4A3 细胞之间的特征得分。
(H) 通过多重免疫荧光染色的 HCC 肿瘤的代表性示例，显示 HSP40⁺（白色箭头）和 HSP40⁻ NK 细胞（红色箭头）中颗粒酶 B 的表达。
(I,J) 使用流式细胞术比较肝癌患者肿瘤区域中(I) 细胞毒性颗粒和 (J) CD56^dimCD16^hi HSP40⁺和 HSP40⁻ NK 细胞的抑制剂受体。

Figure 5: The relationship between TaNK cells and clinical outcomes.

Figure 5. TaNK细胞与临床结果的关系

(A) 肿瘤中特定 NK 细胞和 T 细胞亚群中选定基因的表达模式。
(B) CD56^dimCD16^hi c6-DNAJB1 NK 细胞在所有癌症类型的 NK 细胞中的比例。
(C) 比较不同肿瘤阶段中 TaNK 细胞在所有 NK 细胞中的比例的箱线图。
(D) 森林图显示 TaNK 细胞对总体存活率的影响。
(E) Kaplan-Meier 图显示肿瘤中 TaNK 细胞的特征活性与预后的关联。
(F) 比较ICB 治疗数据集中无应答者 (NR) 和应答者 (Rs) 之间CD56^dimCD16^hi NK细胞中 TaNK 细胞比例的箱线图。
(G) 箱线图显示，在批量 RNA-seq 数据集中，NR 表现出比 R 更高的 TaNK 细胞信号。

Figure 6: The relationship of LAMP3+ DCs with CD56dimCD16hi NK cells across cancer types.

Figure 6. 不同癌症类型中LAMP3⁺ DC与 CD56^dimCD16^hi NK细胞的关系

(A) 热图显示每个簇的重要配体-受体对的数量。
(B) 气泡热图显示了肿瘤中 CD56^dimCD16^hi NK 和其他免疫细胞簇相互作用的选定配体-受体对。
(C-F) HCC 肿瘤中邻近和远离 ANXA1⁺ NK 细胞的巨噬细胞上 (C 和 D) CD86 或 (E 和 F) TGF-β 表达的代表性图像和荧光强度定量。
(G) 基于 scRNA-seq 数据的主要免疫群体中IL15、PVR和PVRL2的表达模式。
(H) 通过流式细胞术分析 HCC 患者肿瘤组织中 IL-15 表达的代表性图。
(I) 散点图显示TCGA 数据集中 CD56^dimCD16^hi NK 细胞与 LAMP3⁺ DC 的相关性
(J) 多重免疫荧光染色显示 LAMP3⁺ DC (DC-LAMP3⁺ ) 和 NK 细胞 (CD3⁻ CD56⁺ )的共定位。
(K) 使用 Halo v3.3 图像分析平台 (Indica) 对 (D) 中靠近 LAMP3⁺ DC (n = 19) 或远离 LAMP3⁺ DC (n = 26) 的 NK 细胞中颗粒酶 B 的荧光强度进行定量实验）。

Discussion:

Figure 7: Summary of NK cell features and dynamics in this study.

Figure 7. 本研究中NK细胞特征和动态总结

(A) CD56^brightCD16^lo c5-CREM NK 细胞下调肿瘤中的XCL2和XCL1，可能导致 cDC1 募集减弱。
(B) CD56^brightCD16^lo c3-CCL3 NK 细胞在肿瘤（包括CCL3和CCL4）中表现出细胞因子产生减少。
(C) 与循环 NK 细胞相反，肿瘤浸润 NK 细胞始终表达RGS1。
(D) c6-DNAJB1 NK 细胞表现出较高的 KIR 表达、升高的应激反应和降低的细胞毒性，被认为是肿瘤浸润性 CD56^dimCD16^hi NK 细胞的潜在功能障碍状态。
(E) 细胞与 LAMP3⁺ DC 的相互作用塑造肿瘤浸润 CD56^dimCD16^hi NK 细胞功能。