室管膜瘤是发生在儿童和成人中枢神经系统（CNS）的神经上皮恶性肿瘤，常见发生于幕上、颅后窝和脊髓位置。与脑部室管膜瘤多发生于儿童不同，脊髓室管膜瘤多见于成人，在成人患者脊髓内肿瘤中占比超过60%。手术切除是目前脊髓室管膜瘤的主要治疗方法，但并不是所有病人都具备全切除手术条件。对于不接受辅助放化治疗的次切除患者，肿瘤复发率高达50%-70%。因此，新型治疗靶点和治疗策略的发现对于临床室管膜瘤的治疗有着非常重要的意义。
近日，北京师范大学吴倩课题组联合生物物理研究所王晓群课题组和北京天坛医院贾文清团队，在《Nature Communications》杂志发表了题为"Interrogation of the microenvironmental landscape in spinal ependymomas reveals dual functions of tumor-associated macrophages"的研究论文。该项工作在单细胞水平对脊髓室管膜瘤中的恶性细胞、免疫和基质细胞开展了系统性的研究，揭示了肿瘤微环境的细胞类群和基因表达谱，深入解析了肿瘤相关巨噬细胞亚群的分子特征、谱系转化特点及这些免疫细胞与其他细胞间的互作关系。
在过去十余年中，单细胞水平的基因组学，转录组学和表观遗传组学技术被广泛地应用到肿瘤细胞和肿瘤微环境异质性研究中，但是对于成人脊髓室管膜瘤，尤其是室管膜瘤的细胞组成和微环境特点的研究非常有限。该文章对三种恶性程度不同的脊髓室管膜瘤subependymoma (SE)，ependymoma (EPN) 和anaplastic ependymoma (AEP)进行了多组学的测序分析，包括单细胞RNA-seq、单细胞ATAC-seq和H3K4me3/H3K27ac ChIP-seq，最终得到脊髓室管膜瘤恶性细胞和肿瘤微环境的细胞图谱和表观遗传信息。
文章重点关注了肿瘤相关巨噬细胞（tumor-associated macrophage，TAM）不同亚群的基因表达特征和功能。在5个TAM 亚群中，我们发现CCL2+与免疫反应相关，而CD44+亚群则与肿瘤血管生成相关，分别发挥"抗肿瘤"和"促肿瘤"作用。通过联合scRNA-seqhe scATAC-seq分析，揭示TEAD1 和EGR3 可能是调控上述两种TAM双重功能的关键转录因子。另外，我们通过TAM 的谱系研究发现CD44+ 亚群可能存在两个起源，分别是组织驻留的CX3CR1+ TAM亚群和组织侵入的CD14+ 单核细胞，而CCL2+ 亚群则仅来源于CX3CR1+ TAM亚群。
图1 脊髓室管膜瘤肿瘤相关巨噬细胞分类和研究
尽管巨噬细胞是肿瘤中研究较多的细胞类型，但本研究在探讨巨噬细胞本身属性的基础上，对于不同TAM亚群在脊髓室管膜瘤微环境中的互作关系展开了更深入的研究。我们发现CD44+ TAM亚群在肿瘤微环境中与内皮细胞、成纤维细胞和周皮细胞有着更强的细胞间交流，揭示了CD44+ TAM亚群可能借助内皮细胞作为中间媒介，积极参与了肿瘤血管生成，促进肿瘤发生发展。CCL2+ TAM亚群则更倾向于与T细胞等免疫细胞互相作用，参与肿瘤免疫反应，抵抗肿瘤发展。
图2 脊髓室管膜瘤肿瘤微环境多种细胞的互作模式
此外，本研究也对不同类型脊髓室管膜瘤中的恶性肿瘤细胞进行了亚群鉴定。我们在各个肿瘤类型中分别鉴定出5-10种恶性细胞亚群，并通过比较三种类型肿瘤的恶性细胞基因表达谱，发现在恶性程度更高的AEP和EPN类型中内皮-间充质转化（EMT）通路可能更为活跃。进一步多组学数据联合分析表明CDH6基因可能在EMT中起到了重要的作用。最后，文章对恶性细胞亚群的特征基因进行了药物靶点预测，为肿瘤靶向治疗提供了重要的参考数据。
博士生张倩倩、王梦迪，副研究员程斯进，天坛医院王永志为该论文第一作者。北京师范大学吴倩教授，北京天坛医院贾文清主任和中科院生物物理研究所王晓群研究员为该论文的共同通讯作者。该研究得到国家重点基础研究计划、国家自然科学基金等基金的资助和支持。
文章链接：https://www.nature.com/articles/s41467-021-27018-9
（供稿：王晓群研究组）