單細胞項目文章 | 基于多組學分析NF2相關前庭神經鞘瘤分子分型:腫瘤微環境異質性及潛在治療靶點研究-技術前沿-資訊-生物在線

單細胞項目文章 | 基于多組學分析NF2相關前庭神經鞘瘤分子分型:腫瘤微環境異質性及潛在治療靶點研究

作者:上海伯豪生物技術有限公司 2025-07-25T00:00 (訪問量:37604)

期刊:Acta Neuropathologica

影響因子:9.3

伯豪技術服務:單細胞核轉錄組測序、伯優®細胞核分離試劑盒

 

科學問題

探究NF2相關神經鞘瘤?。∟F2-SWN)中前庭神經鞘瘤(VSs)的分子異質性及其與腫瘤微環境(TME)的關系。

 

實驗材料和方法

免疫組化(IHC)、單細胞核轉錄組測序(snRNA-seq):70例NF2-SWN患者的77個腫瘤樣本本(71例前庭神經鞘瘤VSs,4例三叉神經鞘瘤TSs,2例面神經鞘瘤FNSs),正常神經組織對照

RNA-seq:腫瘤組織

全基因組/外顯子測序(WGS/WES):腫瘤及配對血液DNA

單細胞核轉錄組測序(snRNA-seq):液氮凍存腫瘤組織

 

導語

NF2相關神經鞘瘤病是一種罕見的遺傳性疾病,患者常因雙側聽神經瘤導致聽力喪失和神經損傷。目前治療手段有限,臨床亟需精準分型和新療法。北京天壇醫院團隊在《Acta Neuropathologica》發表突破性研究,首次揭示NF2相關前庭神經鞘瘤存在兩種分子亞型:免疫富集型(IES,成人多見/預后較好)和免疫缺失型(IDS,兒童高發/預后較差)。通過多組學分析發現,IES以巨噬細胞浸潤為特征且對CSF1R抑制劑敏感,而IDS則富集VEGFA+雪旺細胞,這為NF2精準治療提供了重要分子分型依據和靶向治療新策。

 

主要技術

單細胞核轉錄組測序、伯優®細胞核分離試劑盒

(技術服務及科技產品由伯豪生物提供)

 

研究結果

1. 臨床研究隊列

北京天壇醫院團隊最新納入70例NF2-SWN患者(女29例/男41例),均為2012-2021年間接受顱內神經鞘瘤手術的病例。共77個腫瘤樣本:前庭神經鞘瘤(VS)71個,三叉神經鞘瘤(TS)4個,面神經鞘瘤(FNS)2個。

轉錄組分析首次揭示NF2相關神經鞘瘤存在兩大分子亞型

通過bulk RNA-seq分析,在所有腫瘤樣本中成功鑒定出兩個分子亞群(圖1a,b)。通過t-SNE降維分析,對6例NF2-SWN患者的13個神經鞘瘤樣本(7個前庭神經鞘瘤VSs、4個三叉神經鞘瘤TSs和2個面神經鞘瘤FNSs)進行分子分型解析(圖1c),同一患者不同部位的腫瘤始終呈現一致的亞型歸屬特征,這表明這些腫瘤可能具有相對統一的致瘤機制。

為明確兩個分子亞群間的差異,作者基于RNA-seq數據進行了差異基因表達(DGE)和基因集富集分析(圖1d)。通過Cytoscape富集圖譜可視化顯示:一個亞群以免疫相關網絡高度活化為特征,另一個亞群則主要表現為細胞增殖和代謝相關信號通路激活,而免疫信號參與極少?;谶@些顯著的免疫特征差異,我們將NF2-SWN神經鞘瘤劃分為"免疫富集型"和"免疫缺失型"兩大亞型。

為深入闡明各亞型的生物學特征及致病機制,我們比較了腫瘤組織與正常神經的基因表達譜。免疫富集型(IES)存在1399個上調基因,免疫缺失型(IDS)存在1154個上調基因。KEGG通路分析揭示:兩亞型共同富集NF2/Merlin功能缺失相關通路:AMPK信號、Hippo信號、PI3K/Akt信號、TGF-β信號;亞型特異性通路: IES(免疫相關通路顯著激活)、 IDS(代謝過程明顯增強),這些發現充分驗證了NF2-SWN兩種分子亞型獨特的生物學本質和致病機制。

圖1 NF2相關神經鞘瘤的轉錄組圖譜解析揭示兩種生物學特性迥異的分子亞型

2. NF2相關神經鞘瘤分子分型的臨床意義

為明確兩個分子亞群間的臨床差異,我們對各項臨床參數進行了全面比較。分析顯示,與免疫富集型(IES)患者相比,免疫缺失型(IDS)患者臨床表現更為嚴重,包括聽力喪失發生更早(P < 0.001)、手術時年齡更?。≒ < 0.001)以及非前庭顱神經鞘瘤發生率更高(P = 0.017)(表1)。此外,IDS患者術前面癱率(P < 0.001)顯著更高,術后面神經功能(P = 0.008)更差(圖2a)。多因素logistic回歸分析進一步證實IDS與不良術后面神經功能結局存在顯著相關性(圖2b)。兩組在腫瘤大小、分葉狀生長、囊性變或切除范圍方面未見顯著差異。同時,兩組均未觀察到特定系統性疾病,如自身免疫疾病、嚴重過敏或特應性疾病等。

隨訪期間,1例免疫富集型(IES)患者和9例免疫缺失型(IDS)患者出現腫瘤復發(圖1b和2c)。7例患者(1例IES和6例IDS)因腫瘤復發或顱/脊神經鞘瘤引起的神經損傷并發癥死亡。Kaplan-Meier生存分析顯示,IDS組的復發率顯著高于IES組(圖2d)。與IES組相比,IDS組患者的10年總生存率更差(圖2e)。這些結果充分凸顯了兩個分子亞群截然不同的臨床特征,其中IDS與更嚴重的表型相關。

圖2 NF2相關神經鞘瘤分子分型的臨床相關性

3.NF2相關前庭神經鞘瘤兩種分子亞型的差異化遺傳學特征

為明確NF2-SWN前庭神經鞘瘤兩種分子亞型的遺傳學特征,我們采用WGS/WES測序進行了全面遺傳分析。結果顯示,IES組患者中檢出NF2胚系變異的比例為36%(12/33),而IDS組高達92%(34/37;P < 0.001),表明IES組患者可能存在較高比例的嵌合現象。此外,與IDS組(54%)相比,IES組患者截短突變(無義和移碼突變)的頻率更低(18%)。遺傳嚴重程度評分(Genetic Severity Score)分析顯示,IES組患者的嚴重疾病占比較低(附表1)。

通過對NF2-SWN前庭神經鞘瘤的血液-腫瘤配對樣本分析發現:腫瘤體細胞突變以C>T轉換為主(圖3b),多數病例存在NF2基因雜合性缺失(LOH),CNTNAP3/ZNF717/RNF19B等新型共有突變,以及ATXN1(IES特有)和FCGBP(IDS主導)等亞型特異性突變;顯著缺失已知的SOX10/LZTR1等神經鞘瘤相關突變;拷貝數變異分析顯示IDS組在3q25/21q/22q等位點缺失更頻繁(圖3b)。這些差異化的遺傳特征為NF2-SWN腫瘤異質性提供了分子基礎。

圖3 NF2相關前庭神經鞘瘤兩種分子亞型的遺傳學變異鑒定

4.單核RNA測序分析揭示神經纖維瘤病2型相關前庭神經鞘瘤微環境中的細胞組成多樣性

為完善轉錄組分析并深入解析兩個分子亞型的腫瘤微環境(TME)差異,我們對4例NF2-SWN前庭神經鞘瘤(每亞型2例)進行單核RNA測序(snRNA-seq)。40,025個高質量單核數據分析鑒定出18個亞群,10種主要細胞類型(圖4a),包括雪旺細胞(SCs)、巨噬細胞(Mφ)、單核細胞(MCs)、T細胞、自然殺傷T細胞(NKT)、MKI67hi前體細胞(PCs)、成纖維細胞(FBs)、內皮細胞(ECs)和平滑肌細胞(SMCs)(圖4b)。

雪旺細胞(SC)可進一步細分為六個亞群:PRX+、PTX+、GAP43+、GFRA3+、SLC24A2+和VEGFA+ SCs(圖4e)。其中,髓鞘化雪旺細胞(myeSC)簇僅包含PRX+ SC亞群。在免疫富集型神經鞘瘤(IESs)中作為主要亞群的SLC24A2+ SCs,其特征是神經損傷和再生相關通路上調(圖4f)。相比之下,VEGFA+ SCs主要存在于免疫缺失型神經鞘瘤(IDSs)中,并表現出與腫瘤血管生成相關通路的激活。

我們進一步對福爾馬林固定石蠟包埋(FFPE)樣本進行免疫熒光共染色,以評估兩組間腫瘤血管生成的差異。結果顯示,與IESs相比,IDSs具有更高比例的VEGFA+ SCs和更大的CD31陽性區域(圖4g-i)。這表明VEGFA+ SCs可能在血管生成中起重要作用,可能是導致IDSs腫瘤侵襲性生長和不良預后的關鍵因素。

巨噬細胞可進一步劃分為五個亞群:CX3CR1+、SPP1+、TEAD1+、HS3ST2+和NAV-巨噬細胞(圖4j)。與雪旺細胞亞群不同,IES和IDS兩組間的巨噬細胞亞群比例相似。我們將這些巨噬細胞定義為神經鞘瘤相關巨噬細胞(SAMs)。其中,SPP1+和NAV-SAMs在兩組中均占主導地位,其特征是炎癥反應相關通路的上調。這表明SAMs可能在NF2-SWN前庭神經鞘瘤的進展過程中通過調控促炎通路發揮作用。

在所有細胞類型中,內皮細胞(ECs)是主要信號接收者,而神經鞘瘤相關巨噬細胞(SAMs)和髓鞘化雪旺細胞(myeSCs)被確定為NF2-SWN前庭神經鞘瘤兩個亞型中的主要信號發送者(圖4k)。這一發現凸顯了血管生成在NF2-SWN前庭神經鞘瘤進展中的重要性。

圖4 單核RNA測序揭示NF2相關前庭神經鞘瘤兩種分子亞型的細胞組成與細胞互作差異

5. NF2/Merlin缺失塑造神經鞘瘤微環境異質性

為驗證免疫富集型(IES)與免疫缺失型(IDS)神經鞘瘤中巨噬細胞浸潤的異質性,我們對50例福爾馬林固定石蠟包埋(FFPE)樣本進行了免疫組化染色(標志物:Iba1、CD68和CD163)。研究發現:IES組Iba1+、CD68+和CD163+區域占比均顯著高于IDS組(均P<0.001;圖5a,b),該結果證實免疫組化可作為區分這兩種分子亞型的可靠工具。

為深入探究導致NF2相關神經鞘瘤中SAMs(神經鞘瘤相關巨噬細胞)浸潤異質性的潛在因素,我們采用Merlin和Ki-67抗體進行了免疫熒光共染色實驗。研究發現,在免疫富集型神經鞘瘤(IESs)中,約80%的Iba1+和CD68+ SAMs表達Merlin蛋白,而在免疫缺失型神經鞘瘤(IDSs)中,這一比例不足5%(圖5c,d)。鑒于IDSs患者中NF2胚系突變的高發生率,我們進一步比較了攜帶與不攜帶胚系突變的VSs中SAMs的Merlin表達差異,發現攜帶胚系突變的腫瘤中Merlin+ Iba1+和Merlin+ CD68+ SAMs的比例顯著降低。這表明攜帶NF2胚系致病突變的SAMs可能在NF2相關神經鞘瘤中喪失Merlin表達。此外,我們還觀察到IESs中Ki-67+ Iba1+和Ki-67+ CD68+ SAMs的比例顯著高于IDSs(圖5e,f)。這些數據共同表明,單核/巨噬細胞中的NF2胚系致病突變可能通過影響這些細胞的浸潤和增殖能力,從而導致NF2相關前庭神經鞘瘤腫瘤微環境的異質性。

圖5 免疫組化染色揭示NF2相關前庭神經鞘瘤中腫瘤相關巨噬細胞浸潤的異質性

7.施萬細胞(SCs)通過IL34–CSF1R信號軸與腫瘤相關巨噬細胞(SAMs)相互作用

基于單核RNA測序數據,我們發現NF2相關前庭神經鞘瘤中雪旺細胞(SCs)主要通過三條信號軸與腫瘤相關巨噬細胞(SAMs)相互作用:IL34-CSF1R、PROS1-AXL和ANXA1-FPR1(圖6a),巨噬細胞亞群高表達CSF1受體(圖6b);SCs亞群特異性高表達IL34配體(圖6c);CSF1僅在IESs的PRX+ SCs中優勢表達。細胞通訊網絡分析證實IL34-CSF1R是介導SC-SAM互作的關鍵通路(圖6d/),這為靶向腫瘤微環境提供了新策略。

8.CSF1R信號通路的臨床轉化價值

轉錄組分析顯示,與正常神經組織相比,NF2相關前庭神經鞘瘤(VSs)中IL34和CSF1R的表達水平顯著升高。免疫組化結果證實:CSF1R+區域與Iba1+/CD68+/CD163+巨噬細胞浸潤區域呈正相關,IESs中CSF1R表達水平顯著高于IDSs,可能表明CSF1R靶向治療可能產生亞型特異性療效。

圖6 NF2相關前庭神經鞘瘤中雪旺細胞與腫瘤相關巨噬細胞的信號傳導機制

 

結語

這項開創性研究通過多組學整合分析,首次在NF2相關神經鞘瘤中確立了"免疫富集型(IES)"和"免疫缺失型(IDS)"兩大分子亞型,不僅揭示了CSF1R/IL34信號軸和VEGFA+雪旺細胞的關鍵作用,更為臨床提供了可操作的分子分型標準和靶向治療新策略,標志著NF2精準醫療邁入新階段。

 

參考文獻:

Zhao F, Teng XF, Zhang J, Li SW, Wang LM, Zhao HG, Zhang S, Zhao C, Li P, Zhao XB, Song SH, Liu PN. Multiplatform molecular analyses reveal two molecular subgroups of NF2-related schwannomatosis vestibular schwannomas with distinct tumour microenvironment and therapeutic vulnerabilities. Acta Neuropathol. 2025 May 9;149(1):47. doi: 10.1007/s00401-025-02883-6. PMID: 40343504.

 

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