雜志：Frontiers in Immunology

影響因子：5.7

研究概述：

肝細(xì)胞癌 （HCC） 是一種普遍存在的異質(zhì)性腫瘤司训，治療選擇有限且預(yù)后不良构捡。A disintegrin and metalloprotease (ADAM) 家族基因是一組編碼蛋白酶的基因，這些基因可影響許多生理和病理過(guò)程壳猜，包括腫瘤的發(fā)生和發(fā)展勾徽。ADAM家族約有30個(gè)成員，其功能和表達(dá)在不同類(lèi)型的腫瘤中有所不同统扳。該研究來(lái)利用單細(xì)胞數(shù)據(jù)和空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)數(shù)據(jù)喘帚，發(fā)現(xiàn)來(lái)自ADAM家族的基因信號(hào)在內(nèi)皮細(xì)胞、肝細(xì)胞咒钟、單核巨噬細(xì)胞中顯著富集吹由。作者利用GSVA包計(jì)算ADAM家族信號(hào)的分?jǐn)?shù)，后通過(guò)無(wú)監(jiān)督聚類(lèi)將其分為高朱嘴、中倾鲫、低ADAM組粗合，發(fā)現(xiàn)AMAM家族信號(hào)評(píng)分升高與不良臨床結(jié)局、免疫微環(huán)境和代謝重編程的破壞有關(guān)乌昔。作者通過(guò)采用99種機(jī)器學(xué)習(xí)算法組合開(kāi)發(fā)了ADAM臨床預(yù)后評(píng)估模型隙疚，該模型可以準(zhǔn)確預(yù)測(cè) HCC 的生存持續(xù)時(shí)間，AUC 值約為 0.9磕道。此外供屉，作者通過(guò)PCR 和 IHC 實(shí)驗(yàn)，以確認(rèn) ADAM 家族基因內(nèi)的差異表達(dá)模式捅厂，結(jié)果顯示在 HCC 組織中贯卦，ADAM9 、 ADAM10 焙贷、 ADAM15 和 ADAM17 的表達(dá)水平顯著升高撵割。

研究結(jié)果：

HCC中ADAM家族基因的自測(cè)單細(xì)胞數(shù)據(jù)概述

圖1A展示了HCC患者的病理學(xué)信息， 在作者自測(cè)的HCC數(shù)據(jù)中辙芍，在質(zhì)控標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)的細(xì)胞有47299個(gè)啡彬， 圖1B顯示，將分辨率設(shè)置為1.5會(huì)產(chǎn)生最佳的聚類(lèi)結(jié)果,SingleR 自動(dòng)注釋的結(jié)果表明故硅，HCC 微環(huán)境中主要存在 8 種細(xì)胞類(lèi)型庶灿，包括 T 細(xì)胞、NK 細(xì)胞吃衅、中性粒細(xì)胞往踢、B 細(xì)胞、肝細(xì)胞徘层、平滑肌細(xì)胞峻呕、單核細(xì)胞-巨噬細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞（圖 1C、D）趣效。HCC 腫瘤組織的細(xì)胞組成比例與其相鄰的非癌組織顯著不同（圖1E）瘦癌。

B 細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞表現(xiàn)出明顯活躍的 ADAM 信號(hào) （圖 2A）。重要的是跷敬，與非癌組織相比讯私，腫瘤組織內(nèi)的大部分細(xì)胞類(lèi)型都顯示出異常的 ADAM 信號(hào)（圖 2B），這表明 ADAM 信號(hào)在 HCC 發(fā)展過(guò)程中具有潛在作用西傀。為了更清楚地可視化每個(gè)細(xì)胞的 ADAM 信號(hào)斤寇，作者隨后將 ADAM 信號(hào)分?jǐn)?shù)投影到之前的 t-SNE 聚類(lèi)圖上。結(jié)果表明池凄，腫瘤組織內(nèi)的內(nèi)皮細(xì)胞是異陈胀眨活躍的 ADAM 信號(hào)的主要來(lái)源（圖 2C-H）。

結(jié)合公共數(shù)據(jù)中的單細(xì)胞和空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)結(jié)果進(jìn)一步分析ADAM家族信號(hào)分布情況

使用CopyKAT包識(shí)別單細(xì)胞的全基因組非整倍體情況肿仑，其中內(nèi)皮細(xì)胞致盟、單核細(xì)胞衍生的巨噬細(xì)胞和平滑肌細(xì)胞主要存在于 G1 期碎税，而其他細(xì)胞類(lèi)型在 G1/S/G2M 期表現(xiàn)出更均勻的分布（圖3A）。肝細(xì)胞馏锡、內(nèi)皮細(xì)胞和平滑肌細(xì)胞是 HCC 患者惡性細(xì)胞的主要成分（圖 3B）雷蹂。圖 3C 描述了每個(gè)腫瘤樣本的細(xì)胞周期分布和惡性腫瘤評(píng)估結(jié)果。結(jié)果再次一致表明杯道，與良性細(xì)胞相比匪煌，惡性細(xì)胞表現(xiàn)出更活躍的 ADAM 信號(hào)，尤其是在內(nèi)皮細(xì)胞和肝細(xì)胞中（圖 3D）党巾。良性細(xì)胞和惡性細(xì)胞之間的 ADAM 基因集評(píng)分中存在明顯的統(tǒng)計(jì)差異萎庭；此外，惡性細(xì)胞表現(xiàn)出較高的 G1 期信號(hào)齿拂，而良性細(xì)胞表現(xiàn)出較高的 S 期和 G2M 期信號(hào)（圖 3E）驳规。

作者還分析了公開(kāi)的單細(xì)胞數(shù)據(jù)（見(jiàn)補(bǔ)充圖），copykat 結(jié)果顯示署海，這 2 例 HCC 患者的肝細(xì)胞幾乎全部為惡性細(xì)胞吗购，而免疫細(xì)胞和平滑肌細(xì)胞為良性細(xì)胞。惡性肝細(xì)胞由 G1砸狞、S 和 G2M 期的細(xì)胞組成捻勉，其中 G1 期占主導(dǎo)地位。以上結(jié)果與作者自帶單細(xì)胞數(shù)據(jù)結(jié)果具有相似性刀森。 空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)則提供了多個(gè)肝癌組織中ADAM 家族信號(hào)的第一個(gè)空間分辨率成像

圖譜（圖4）踱启。

ADAM家族成員在多種癌癥中的基因組學(xué)和轉(zhuǎn)錄組學(xué)分析

泛癌中SNV分析顯示，ADAM29研底、ADAM7 和 ADAM18 的突變頻率相對(duì)較高（圖 5A）禽捆， 突變主要在SKCM和UCEC中，而HCC 中幾乎沒(méi)有任何 ADAM 突變（圖 5B）飘哨。CNV分析結(jié)果顯示，ADAM15 和 ADAM22 具有相對(duì)較高的 CNV 擴(kuò)增（圖 5C）琐凭。 差異分析結(jié)果則表示芽隆，ADAM8 和 ADAM12 在大多數(shù)癌癥類(lèi)型中始終表現(xiàn)出顯著的上調(diào)趨勢(shì)，而ADAM33 在各種癌癥中始終表現(xiàn)出顯著的下調(diào)趨勢(shì)（圖5D）统屈。甲基化分析顯示胚吁，與正常組織相比，ADAM11 愁憔、 ADAM32 和 ADAM33 在腫瘤組織中表現(xiàn)出更高水平的甲基化腕扶。相反，與正常組織相比吨掌，ADAM7 和 ADAM21 在腫瘤組織中的甲基化水平較低（圖 5E）半抱。

基于ADAM家族信號(hào)強(qiáng)度的HCC患者分組比較

在TCGA-HCC隊(duì)列中脓恕，作者根據(jù)ADAM家族信號(hào)的強(qiáng)度進(jìn)行無(wú)監(jiān)督聚類(lèi)，地將 TCGA-HCC 患者分為三個(gè)亞組（圖 6A）窿侈。具有不同 ADAM 信號(hào)的 HCC 患者表現(xiàn)出不同的臨床結(jié)果（圖 6B）炼幔。在這些亞組中，C1 表現(xiàn)出最強(qiáng)的 ADAM 家族信號(hào)史简，其次是 C3乃秀，C2 表現(xiàn)出最弱的信號(hào)（圖 6C）。當(dāng)ADAM家族信號(hào)越強(qiáng)圆兵，HCC 患者的預(yù)后就越差跺讯。 此外， 具有不同 ADAM 信號(hào)的 HCC 患者伴有不同的代謝和免疫狀態(tài)（圖 6D殉农、E）刀脏。例如，屬于 C1 亞組的個(gè)體表現(xiàn)出 β-丙氨酸代謝的顯著減少和鞘脂代謝活性的增加统抬。 在免疫方面火本，則是具有活性 ADAM 信號(hào)傳導(dǎo)的 HCC 患者通常表現(xiàn)出大量免疫細(xì)胞流入腫瘤微環(huán)境，ADAM 家族信號(hào)與免疫通路呈正相關(guān)聪建，特別是與 CCR钙畔、Treg、副炎癥和巨噬細(xì)胞相關(guān)的通路(補(bǔ)充圖)金麸。

基于 ADAM 家族信號(hào)的機(jī)器學(xué)習(xí)輔助預(yù)后模型開(kāi)發(fā)

鑒于 ADAM 家族信號(hào)成員的數(shù)量有限擎析，僅基于 ADAM 家族基因創(chuàng)建精確高效的分子模型是一項(xiàng)重大挑戰(zhàn)。因此挥下，作者首先利用 Spearman 相關(guān)性分析 （|cor|> 0.3揍魂，p < 0.001），收集和整理與 ADAM 家族成員顯著相互作用的6,910個(gè)候選基因棚瘟。利用以上候選基因现斋，通過(guò)多種機(jī)器學(xué)習(xí)算法組合來(lái)篩選與ADAM家族信號(hào)相關(guān)的最佳預(yù)后模型。隨機(jī)生存森林 （RSF） 算法成為構(gòu)建預(yù)后模型的最合適方法偎蘸，實(shí)現(xiàn)了最高的平均 C 指數(shù)庄蹋，約為 0.706（圖 7A）。生存分析結(jié)果表明迷雪，該模型有效地將 HCC 患者分為不同的風(fēng)險(xiǎn)組限书，證明了其在 TCGA 和 Meta 隊(duì)列中的適用性（圖 7B）。ROC 曲線強(qiáng)調(diào)了模型在預(yù)后評(píng)估中的顯著準(zhǔn)確性章咧，AUC 值約為 0.9 （圖 7C）倦西。最后，作者驗(yàn)證了 4 個(gè)關(guān)鍵 ADAM 家族基因的表達(dá)水平赁严， ADAM9扰柠、ADAM10粉铐、ADAM15 和 ADAM17 在至少一種肝癌細(xì)胞系中表現(xiàn)出上調(diào)趨勢(shì)，與GEPIA2平臺(tái)的結(jié)果具有一致性（圖 7D）耻矮。作者的自測(cè)序數(shù)據(jù)和公開(kāi)的單細(xì)胞數(shù)據(jù)都表明秦躯，ADAM9、ADAM10裆装、ADAM15 和 ADAM17 的表達(dá)在良性細(xì)胞和惡性細(xì)胞之間存在顯著差異（圖2F）踱承。

ADAM10 的臨床相關(guān)性分析和表達(dá)驗(yàn)證

除了 TCGA 數(shù)據(jù)集外，幾乎所有肝癌數(shù)據(jù)集都表明肝癌組織中 ADAM10 的轉(zhuǎn)錄水平顯著高于其相應(yīng)的鄰近組織或正常肝組織樣本,不僅如此哨免，與HBV 陰性肝癌患者相比茎活，伴有 HBV 感染的肝癌患者的 ADAM10 表達(dá)水平更高。 然而在蛋白水平琢唾，48 對(duì)肝癌組織中的免疫組織化學(xué)結(jié)果顯示载荔，大多數(shù)癌癥組織樣本表現(xiàn)出下調(diào)趨勢(shì)（圖 8A-B）;然而，也有一些患者的癌癥組織樣本顯示出相反的趨勢(shì)（圖 8C）采桃。評(píng)分結(jié)果表明與鄰近組織相比懒熙，肝癌組織中 ADAM10 蛋白水平存在潛在的下調(diào)趨勢(shì)（圖8D）。

研究總結(jié)：

該研究采用一種新的多組學(xué)整合方法來(lái)研究 ADAM 信號(hào)在 HCC 中的關(guān)鍵作用普办。單細(xì)胞測(cè)序分析顯示工扎，ADAM 信號(hào)傳導(dǎo)主要在單核細(xì)胞巨噬細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞和肝細(xì)胞中被激活衔蹲，在良惡細(xì)胞之間觀察到 ADAM 信號(hào)傳導(dǎo)存在顯著差異肢娘。此外，這項(xiàng)研究提供了 ADAM 信號(hào)傳導(dǎo)的第一個(gè)空間分辨特征舆驶〕鹘。基于 ADAM 信號(hào)傳導(dǎo)的聚類(lèi)分析再次強(qiáng)調(diào)，增強(qiáng)的 ADAM 信號(hào)傳導(dǎo)可能導(dǎo)致患者生存期縮短沙廉，腫瘤代謝重編程和免疫微環(huán)境破壞是預(yù)后不良的潛在原因拘荡。 最后，作者利用機(jī)器學(xué)習(xí)算法構(gòu)建了與ADAM相關(guān)的預(yù)后模型撬陵，并分析了組成模型基因的表達(dá)情況俱病，發(fā)現(xiàn)ADAM10的轉(zhuǎn)錄水平在HCC中較高，高表達(dá)的ADAM10與腫瘤大小以及組織學(xué)分級(jí)之間的明確關(guān)聯(lián)袱结。此外，作者還發(fā)現(xiàn)與ADAM10 低表達(dá)的患者相比途凫，ADAM10 高表達(dá)患者對(duì) TACE 治療更敏感垢夹，對(duì)索拉非尼治療更不敏感，這暗示著ADAM10 靶向和索拉非尼聯(lián)合治療癌癥似乎是一種有前途且可行的方法维费。不過(guò)在這里作者關(guān)于ADAM10在轉(zhuǎn)錄組層面和蛋白層面的表達(dá)有所出入果元，并未提出合理的解釋?zhuān)撛蜻€有待進(jìn)一步的探索促王。