不同泛癌研究的内皮细胞一致性如何

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通常我们拿到了肿瘤相关的单细胞转录组的表达量矩阵后的第一层次降维聚类分群通常是：

  • immune (CD45+,PTPRC),
  • epithelial/cancer (EpCAM+,EPCAM),
  • stromal (CD10+,MME,fibro or CD31+,PECAM1,endo)
    参考我前面介绍过 CNS图表复现08—肿瘤单细胞数据第一次分群通用规则，这3大单细胞亚群构成了肿瘤免疫微环境的复杂。绝大部分文章都是抓住免疫细胞亚群进行细分，包括淋巴系（T,B,NK细胞）和髓系（单核，树突，巨噬，粒细胞）的两大类作为第二次细分亚群。但是也有不少文章是抓住stromal 里面的 fibro 和endo进行细分，并且编造生物学故事的。
    如果是整理了多个癌症的多个单细胞转录组数据集，就是泛癌研究，聚焦到某个单细胞亚群，这样的汇总的文章张泽民课题组发了很多cns文章，包括髓系免疫细胞，t细胞以及nk细胞；
  • 2021年2月发表在CELL的《A pan-cancer single-cell transcriptional atlas of tumor infiltrating myeloid cells》
  • 2021年12月发表在science的《Pan-cancer single cell landscape of tumor-infiltrating T cells》
  • 2023年9月发表在CELL的《A pan-cancer single-cell panorama of human natural killer cells》
  • 2024年8月发表在CELL的《Pan-cancer single-cell dissection reveals phenotypically distinct B cell subtypes》
    最近他们课题组又出来了一个泛癌层面的内皮细胞亚群文章，标题是：《 Pan-cancer integrative analyses dissect the remodeling of endothelial cells in human cancers 》：
  • we collected scRNA-seq datasets from 19 major solid tumor types, obtaining approximately 150 thousand high-quality ECs.
  • A comprehensive pan-cancer EC atlas wasthen established, with the population structure of TECs charted.
    如下所示：
    泛癌层面的内皮细胞亚群文章
    众所周知，内皮细胞主要是区分成为了淋巴内皮和血管内皮， 其中血管可以细分为动脉静脉和毛细血管：
  • lymphatic ECs (LECs; CCL21, PROX1).
  • arteries (HEY1, IGFBP3), capillaries (CD36, CA4), veins (ACKR1)
    但是上面的泛癌研究里面的内皮细胞多了一个Tip细胞以及缺氧状态的内皮细胞。我介绍过 ：单细胞亚群的生物学命名的4个规则，这个时候淋巴内皮细胞和动脉静脉毛细血管内皮细胞仍然是有生物学名字的 ，但是继续细分就没有名字啦，就是各自的特异性的高表达量的基因为标识。如下所示：
    继续细分就没有名字啦
    继续进行降维聚类分群后再命名的策略，参考: 取单细胞亚群子集细分的时候一定会出现干扰亚群（所以不要惊慌）， 这样的话你就可以看到细胞亚群里面的混杂因素，而且可以手动删除到干扰因素。其实 不同单细胞转录组数据集的降维聚类分群其实都会有 热激蛋白的亚群，细胞增殖亚群，干扰素亚群，金属离子酶亚群，线粒体或者核糖体亚群，或者低质量亚群… 所以上面的缺氧状态的内皮细胞应该是一种状态，而不是一个生物学亚群。

    Tip内皮细胞 (Tip Cells)

    Tip内皮细胞是一种特殊类型的内皮细胞的状态，它们在血管生成过程中起到关键作用。以下是关于Tip细胞的一些要点：

  • 血管生成：Tip细胞在血管生成（angiogenesis）过程中引导新血管的形成。它们迁移到组织的缺氧区域，并引导血管网络的延伸。
  • 形态特征：Tip细胞具有高度分支的形态，形成多个突出部，这些突出部可以与其他Tip细胞或stalk细胞相连。
  • 标记基因：Tip细胞表达一系列与血管生成和迁移相关的基因，例如VEGFR2（血管内皮生长因子受体2）、VEGFR3（血管内皮生长因子受体3）、以及一些特定的生长因子和细胞外基质蛋白。
  • 功能：Tip细胞在血管网络的构建中充当“领导者”，它们决定了血管生长的方向和模式。
  • 与Stalk细胞的关系：在血管生成过程中，Tip细胞后面跟随的是Stalk细胞，这些细胞负责血管的稳定和成熟。
  • 疾病关联：Tip细胞的异常活动与多种疾病有关，包括肿瘤血管生成、糖尿病视网膜病变和动脉粥样硬化。
  • 研究意义：了解Tip细胞的生物学特性对于开发针对血管生成相关疾病的治疗策略具有重要意义。
    Tip细胞的研究有助于我们理解血管生成的复杂机制，以及如何通过调控Tip细胞的行为来治疗相关疾病。

    单个癌症数据集也可以看到类似的内皮细胞细分亚群

    比如2021的肺癌单细胞研究《Single-cell profiling of tumor heterogeneity and the microenvironment in advanced non-small cell lung cancer》：里面就很清晰的介绍了他们的内皮细胞细分情况：

    We identified five subtypes of endothelial cells (EC) including lymphatic, venous, and arterial endothelial cells (LEC, VECs, and AECs), tip cells, and an EC cluster enriched with interferon induced genes (Fig. S5 )，如下所示：
    5种内皮细胞
    这上面就出现了干扰素亚群，前面张泽民课题组出现了缺氧亚群，都是一种状态而已。并不影响我们提到的内皮细胞细分规则，首先是淋巴内皮和血管内皮，然后血管里面有动脉静脉毛细血管的分类。

    自产多个癌症的内皮细胞相关单细胞数据

    2024新鲜出炉的论文（单细胞分辨率的肿瘤脉管图谱），英文题目为《Tumor vasculature at single-cell resolution》，论文通讯作者为重庆大学附属三峡医院副院长印明柱教授。重庆大学附属三峡医院作为第一完成单位和第一通讯作者单位联合清华大学、北京协和医院以及中南大学湘雅医院。可以看到里面的有单细胞的10x和bd这两个国外公司，还以寻因和新格元这两个国产单细胞公司的产品，来自于 31 种癌症类型的 372 个供体的大约 200,000 个细胞，主要是内皮细胞，如下所示：
    大约 200,000 个细胞，主要是内皮细胞
    可以看到，这里面是没有tip细胞，也没有各种各样的状态细胞，但是多了一个内皮细胞和 mural cells (MCs)的过渡态，就是EndoMT，意思是内皮细胞发生了EMT转换。
    其中 Endothelial cells (ECs) and mural cells (MCs) are primary vasculature components that are directly involved in tumour angio- genesis 。其中 mural cells (MCs) 壁细胞包括周细胞（Pericytes）和平滑肌细胞（Smooth Muscle Cells, SMCs），它们位于内皮细胞层的外部，嵌入在血管的基底膜中。

    内皮细胞的Stalk细胞和Tip细胞

    在血管生成过程中，内皮细胞（Endothelial Cells, ECs）可以分化成两种不同的形态和功能状态：Stalk细胞和Tip细胞。这两个概念主要来源于对血管生成过程中细胞行为的描述：

    Stalk细胞（茎细胞）

  • 定义：Stalk细胞是血管生成过程中的主体细胞，它们跟随Tip细胞，形成血管的管状结构。
  • 功能：Stalk细胞负责血管的增殖和延伸，它们通过增殖来增加血管的长度和直径，从而形成稳定的血管网络。
  • 特性：Stalk细胞通常表达一些与血管成熟和稳定性相关的分子标志物，如血管内皮生长因子受体2（VEGFR2）。

    Tip细胞（尖端细胞）

  • 定义：Tip细胞是血管生成过程中的先锋细胞，它们位于新形成的血管的最前端。
  • 功能：Tip细胞具有高度的迁移能力，它们通过感知周围环境中的化学梯度（如VEGF-A等生长因子的浓度梯度）来引导血管向特定方向生长。
  • 特性：Tip细胞表达高水平的受体，如VEGFR2，以及与迁移相关的分子，如ephrinB2和neuropilin-1。它们还具有高度分支的形态，可以探索周围环境。

    理解Stalk和Tip细胞的概念：

  • 协同作用：在血管生成过程中，Tip细胞和Stalk细胞之间存在密切的协同作用。Tip细胞作为“领导者”，通过迁移来引导血管生长的方向；而Stalk细胞则作为“追随者”，通过增殖来构建和稳定血管结构。
  • 动态平衡：Tip和Stalk细胞的状态不是固定的，它们可以在一定条件下相互转换。这种转换对于血管生成的动态平衡至关重要。
  • 疾病关联：Tip和Stalk细胞的异常行为与多种疾病有关，如肿瘤血管生成、缺血性疾病和炎症。了解它们的行为有助于开发治疗这些疾病的新策略。
  • 研究意义：研究Tip和Stalk细胞的分化、功能和相互作用，有助于我们深入理解血管生成的分子机制，为临床治疗提供新的视角。
    总之，Stalk和Tip细胞的概念帮助我们理解血管生成过程中细胞如何通过不同的形态和功能状态来协同工作，形成复杂而有序的血管网络。
    上面的重庆大学附属三峡医院的内皮细胞细分的时候，首先是淋巴内皮和血管内皮，然后血管里面有动脉静脉毛细血管的分类。但是它的淋巴内皮和血管内皮都有Stalk和Tip的细分状态，如下所示；
    Stalk和Tip的细分状态

    所以Stalk和Tip到底是内皮细胞的亚群呢，还是说仅仅是细分状态？

    还有，在进行单细胞分群的时候，我们如何把握真实的生物学亚群和具体的生物学状态的度量衡呢？

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