NC力推！单细胞纯生信还能这么玩！上海交通大学陈竺院士团队联合bulk和CUT&Tag数据，0实验发16+！- 大数跨境

NC力推！单细胞纯生信还能这么玩！上海交通大学陈竺院士团队联合bulk和CUT&Tag数据，0实验发16+！

生信日报

2024-04-15

单细胞分析已经这么常见了，没想到还能整出新花样！比如加上热门的多组学分析，又比如从疾病模型的角度下手？做肿瘤的小伙伴可以选择多种分析手段+小众肿瘤疾病，未尝不是一种发文技巧！

今天小记者选择的这篇文章基于16例急性早幼粒细胞白血病（APL）患者的综合单细胞分析，揭示了细胞组成及其对体内全反式维甲酸(ATRA)反应和早期死亡的影响。随后，利用一系列数据分析，更深入地了解APL细胞的异质性及这种特性与APL患者基因组和临床特征的关系。该研究整合了自有队列数据以及公共数据，样本量大也是一个亮点，结合bulk和CUT&Tag数据共同分析，思路严谨且新颖，0实验妥妥节省时间，NC也是顺利接收!

(ps：手上的疾病模型可别浪费了！抓紧用生信分析深挖一下机制和表征，说不定就是下一篇NC！有需要的宝子们扫码call小记者~)

l题目：细胞层级研究揭示急性早幼粒细胞白血病的白血病干细胞样细胞和早期死亡风险

l杂志：Nature Communications

l影响因子：IF=16.6

l发表时间：2024年2月

研究背景

急性早幼粒细胞白血病(APL)代表了靶向分化治疗的范例，少数患者经历治疗失败甚至早期死亡。直接靶向驱动肿瘤发生的分子变化已被证明可以提高癌症的治疗效果。APL的特征是其驱动致癌融合蛋白(PML/RARα)，该蛋白在启动APL白血病发生中起着至关重要的作用。在APL的背景下，急需探索由相同的致癌驱动因子PML/RARα驱动的白血病细胞是否表现出不同的细胞状态，如果是，细胞组成和转录异质性在多大程度上可能影响APL靶向治疗的结果就成为新的研究目标。

数据来源

研究思路

单细胞RNA测序(scRNA-seq)为精确鉴定复杂的细胞类型组成，特别是在罕见的细胞类型研究种提供了强有力的手段。该研究中，利用scRNA-seq全面解读APL的异质性，并在单细胞水平上全面描绘了APL的层次结构组成。PML/RARα在协调APL细胞肿瘤内异质性中的关键作用。通过将scRNA-seq数据与大量RNA-seq数据和体内ATRA治疗数据相结合，揭示了APL干细胞样细胞对APL早期死亡的复杂性和多方面的影响。基于APL干细胞样细胞的发现和特征，引入了APL干细胞评分，可以作为一种可靠的措施，用于更密集的监测，同时具有临床意义。

主要结果

1. APL 原始细胞的单细胞特征描述

与正常的GMP相比，APL母细胞中的致癌TF(例如RB1、HIF1a和Max)、表观遗传调节因子(例如Smad4、MBD1、YY1和SP3)和细胞增殖相关的TF(例如RNF6、elF2和TOP2B)被激活。与上述发现一致，细胞周期分析显示，与正常髓系细胞相比，APL在S或G2/M期显著聚集，进一步表明APL母细胞处于高增殖状态。

图1 确定 APL 原始细胞的特征

2. 表征APL原始细胞的瘤内异质性揭示了复杂的细胞状态转变轨迹，白血病干样细胞位于顶端

位于APL干细胞内的PML/RARα靶点被发现主要参与干细胞的维持。周期中的GMP样细胞内的那些基因主要与G2-M检查点涉及的E2F靶点相关联。GMP样细胞内的核糖体功能显著丰富。这些结果共同阐明了PML/RARα在APL细胞瘤内异质性形成中的作用。

图2 APL母细胞瘤内异质性的特征：多个分支和一小部分APL干细胞亚群

3. APL干细胞样细胞的特性由PML/RARα靶基因决定，并通过FLT3-ITD进一步增强

作者使用来自两名患者的scTarget数据，通过投影到APL母细胞的UMAP来可视化Flt3的表达。随后用三个以上的Flt3-ITD突变读数检测到的细胞根据不同的分支进行颜色编码。利用Flt3-ITD特异性靶向scRNAseq (ScTarget)的数据分析Flt3-ITD在APL六个分支中的表达水平。

图3 PML/RAR、α和Flt3-ITD在APL干细胞特性调控中的关键作用

4. APL干性评分对APL早期死亡和治疗结果的预测能力

作者发现，与没有早期死亡的患者相比，早期死亡的患者具有相对较高的干细胞样细胞比例，以及干细胞相关基因(比如FCGR2A, IL1RAP, MAP2K1和KLF9)的表达升高。进一步分析发现APL梗度评分是独立危险因素，对早期死亡的预测价值更高。这些结果共同强调了APL干性评分在评估APL风险(包括APL早期死亡风险)中的效用。

图4 构建11个基因APL干性评分

图5 APL 干性评分在预测 APL 预后和早期死亡方面的信息性

5. ATRA对原始APL细胞分化的体内影响及其对早期死亡风险的影响

作者发现，GO分析显示：除了诱导分化外，在ATRA治疗后早期死亡的患者中也没有观察到与干细胞相关的通路，如MAPK级联的抑制。此外，在完全缓解的患者中观察到ATRA治疗后APL干细胞评分显著降低，但在经历早期死亡的患者中没有观察到。结果表明，ATRA治疗对早期死亡的APL患者的干细胞程序的影响较小，这可能解释了我们观察到的白血病细胞干细胞活性与早期死亡之间的显著关联。

图6 体内分析揭示ATRA直接靶向APL原始细胞(包括干细胞样细胞)并诱导其分化和成熟

文章小结

综上，研究团队对APL细胞层次结构进行了全面分析，发现致癌PML/RARα融合蛋白在APL轨迹中发挥分支特异性调节。该研究为靶向治疗过程中的细胞动态提供了科学依据，也为APL的白血病发生提供了有价值的单细胞见解。现有数据+公共数据+多组学数据，分三步，然后一步到位！全文没有涉及实验，依然拿下1区NC，所以纯生信的发文空间还是很大的~有好想法的朋友可找小记者详聊噢！