睪丸生殖細(xì)胞瘤（Testicular germ cell tumors，TGCTs）是14-44歲男性中最常見的惡性實(shí)體瘤之一, 約占到所有睪丸腫瘤的95%。TGCTs根據(jù)不同來源可以分為精原細(xì)胞瘤（seminoma）和非精原細(xì)胞瘤，精原細(xì)胞瘤約占TGCTs的60%以上，是常見的類型。目前，已有研究認(rèn)為seminoma是原始生殖細(xì)胞（PGC）向前精原細(xì)胞發(fā)育過程中出現(xiàn)異常而產(chǎn)生。原始生殖細(xì)胞是人類生殖細(xì)胞的唯一起源，在雄性中胚胎發(fā)育至13周左右時(shí)，原始生殖細(xì)胞進(jìn)入有絲分裂抑制階段，分化為前精原細(xì)胞。一些多能性相關(guān)基因如OCT4、NANOG、TFAP2C等的表達(dá)被抑制，在此后的生殖細(xì)胞中不再表達(dá)。而在seminoma中，TFAP2C 等多能性基因作為seminoma的marker基因在成年睪丸中仍然高表達(dá)。然而，TFAP2C等在seminoma中的作用尚不清楚，對seminoma的分子特性及腫瘤微環(huán)境缺乏了解。

近日，中國科學(xué)院動物研究所研究員郭靖濤與合作者在《自然-通訊》（Nature Communications）上發(fā)表了題為Single-cell multi-omics analysis of human testicular germ cell tumor reveals its molecular features and microenvironment的研究論文。該研究發(fā)現(xiàn)了seminoma腫瘤細(xì)胞與PGC的相似性，揭示了轉(zhuǎn)錄因子TFAP2C直接調(diào)控腫瘤細(xì)胞遷移和侵襲，并探究了腫瘤微環(huán)境對seminoma的影響。

該研究對來自患者的精原細(xì)胞瘤樣本進(jìn)行單細(xì)胞測序。為探究seminoma腫瘤細(xì)胞與正常生殖細(xì)胞之間的關(guān)系，研究將腫瘤細(xì)胞與各個階段生殖細(xì)胞進(jìn)行比較，包括PGCs、胚胎期生殖細(xì)胞（state f0）和不同階段成年生殖細(xì)胞。研究發(fā)現(xiàn)，在轉(zhuǎn)錄水平上，seminoma腫瘤細(xì)胞與PGCs具有更相似的基因表達(dá)模式，且擁有共享的基因表達(dá)，其中包括在PGCs中編碼具有重要作用的轉(zhuǎn)錄因子的基因TFAP2C、POU5F1、NANOG 和 SOX17。這些基因的表達(dá)模式在空間轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)中得到了驗(yàn)證。

該研究探討了這些異常表達(dá)的基因在seminoma腫瘤細(xì)胞中的作用。利用單細(xì)胞染色質(zhì)可及性測序技術(shù)，研究發(fā)現(xiàn)TFAP2C的結(jié)合motif在seminoma腫瘤細(xì)胞中顯著富集，說明TFAP2C作為轉(zhuǎn)錄因子參與seminoma的發(fā)生發(fā)展。為了進(jìn)一步驗(yàn)證，研究在seminoma細(xì)胞系中敲降了TFAP2C的表達(dá)，發(fā)現(xiàn)敲降后大量基因出現(xiàn)下調(diào)，且腫瘤細(xì)胞的遷移和侵襲能力顯著降低。結(jié)合CUT&Tag（Cleavage Under Targets and Tagmentation）測序，研究得到了TFAP2C直接調(diào)控的346個基因，這些基因主要富集在細(xì)胞遷移和細(xì)胞粘連等通路，結(jié)合體外功能試驗(yàn)，表明TFAP2C直接調(diào)控seminoma腫瘤細(xì)胞的遷移和侵襲，促進(jìn)腫瘤進(jìn)展。

通過對腫瘤免疫微環(huán)境的分析，研究人員鑒定了15個免疫細(xì)胞亞型，發(fā)現(xiàn)seminoma的微環(huán)境處于免疫抑制的狀態(tài)，且不同功能狀態(tài)的免疫細(xì)胞的空間分布具有異質(zhì)性。巨噬細(xì)胞主要富集在腫瘤的邊緣部分，研究發(fā)現(xiàn)seminoma中的巨噬細(xì)胞高表達(dá)MMP9，該基因是胞外基質(zhì)降解的主要參與者。同時(shí)在腫瘤中對MMP9起激活作用的CTSK在巨噬細(xì)胞中也顯著富集。因此，研究人員推測或許seminoma中的巨噬細(xì)胞可以通過分泌MMP9和CTSK來促進(jìn)生精小管的破裂，從而幫助腫瘤細(xì)胞向外侵襲。通過分析微環(huán)境中的細(xì)胞互作，研究發(fā)現(xiàn)腫瘤細(xì)胞主要通過分泌MIF (macrophage migration inhibitory factor) 作用于周圍環(huán)境，促進(jìn)腫瘤進(jìn)展。

這項(xiàng)研究利用多組學(xué)測序技術(shù)，首次對seminoma進(jìn)行系統(tǒng)分析，揭示seminoma腫瘤細(xì)胞的分子特性和腫瘤微環(huán)境，為seminoma的來源和探究靶向治療提供了更加充足的數(shù)據(jù)支持，也為生殖細(xì)胞的發(fā)育提供了更多視角。

多組學(xué)技術(shù)聯(lián)合揭示seminoma分子特性和免疫微環(huán)境。（a）模式圖（b）PCA顯示seminoma腫瘤細(xì)胞與PGC更相似（c）TFAP2C結(jié)合motif顯著富集在seminoma腫瘤細(xì)胞中