摘要
葡萄膜黑色素瘤（UM）是一种罕见的眼内恶性肿瘤，起源于眼内葡萄膜中的黑色素细胞，是成年人中最常见的原发性眼癌。UM具有高度的转移风险以及不良的临床预后，转移后患者的1年总生存率仅有50%。肿瘤微环境（tumormicroenvironment，TME）是由免疫组分和非免疫组分组成的肿瘤内复杂的生态系统。TME的变化影响着肿瘤的形成和发展，同时也为癌症治疗提供潜在的靶点。巨噬细胞是TME内浸润最丰富的免疫组分之一，大量研究表明巨噬细胞在癌症中表现出多种功能，并起到促癌和抑癌的双重作用。靶向巨噬细胞的治疗方式已为多种癌症的治疗提供了解决方案。已有研究表明，TME中的免疫异质性显着影响UM生物学的各个方面，包括发育、进展、转移、预后和治疗反应。然而，UM中巨噬细胞的细胞异质性和功能多样性，及其潜在的临床价值尚未完全阐明。本研究收集并分析了来自TCGA和GEO数据库的葡萄膜黑色素瘤单细胞和组织转录组测序数据，通过生物信息学分析探究了葡萄膜黑色素瘤肿瘤微环境中巨噬细胞的转录特征及临床相关性，并结合机器学习方法提出了基于巨噬细胞的从头分型方案，为改善UM患者的预后提供潜在的靶向治疗策略。 本课题回顾性分析了来自于11个UM样本的63264个细胞的单细胞RNA测序（scRNA-seq）数据，通过探究UM中的免疫细胞组分，我们鉴定出一类在转录特征上独立于传统的M1/M2二分法，具有高增殖信号和代谢能力的巨噬细胞亚群（C4）。同时，该亚群上调免疫抑制以及促肿瘤相关分子。通过细胞轨迹推断，我们发现巨噬细胞C4亚群与其他巨噬细胞亚群具有不同的极化轨迹，并揭示了其极化过程涉及的潜在转录因子（TF）。我们证实了C4亚群的高浸润与更具侵袭性的临床表型相关联，同时也与TME中促肿瘤和免疫抑制相关细胞具有高度相关性。我们结合组织转录组测序数据阐明了高浸润的C4亚群与UM患者更差的生存结局相关（Hazardratios(HR)=22.6,95%confidenceintervals(CI):21.83-23.37,P＜0.0001），并独立于患者的其他临床指标，这在多中心的微阵列队列中得到进一步验证。通过整合C4亚群的转录特征，我们提出了基于巨噬细胞的从头分子分型方案，基于七基因特征（CSTB，S100A9，LGALS1，FTL，ACTB，TUBA1B，SH3BGRL3）将患者分为具有显着不同临床结局的C4富集或C4耗尽亚型，对已有的UM分子亚型进行了补充。不同亚型的病人呈现不同的生物学特征、免疫浸润丰度以及临床预后结局，其中C4亚群富集亚群在大部分癌症标志性特征中高度激活，并具有更高的免疫抑制细胞的浸润以及显著更短的总体生存率。我们使用基于梯度提升的机器学习框架建立了一个UM分型系统（ML2S），以用于对UM患者进行亚型分类及预后预测。我们在TCGA队列中训练了该系统，并使用公共的多中心微阵列队列，以及来自本研究的内部队列和免疫荧光成像验证了ML2S的效能。 综上，本研究利用生物信息学方法对UM患者进行了scRNA-seq分析，以表征UM中巨噬细胞异质性，并识别到一类具有转录异质性的巨噬细胞亚群（C4）。我们在组织和单细胞队列中探讨了巨噬细胞C4亚群的浸润对肿瘤表型和预后的临床影响，并通过RNA-seq和免疫荧光成像评估了其对我们内部验证队列中验证的分子亚型的贡献。我们的研究提供了对UM中巨噬细胞多样性的见解，并揭示了C4亚群作为改善常规临床实践的潜在治疗靶点。
NETL