史上最大规模的正常乳腺细胞图谱登上Nature

　　德克萨斯大学MD安德森癌症中心、加州大学欧文分校和贝勒医学院等机构的研究人员近日绘制出一张单细胞和空间分辨率的正常乳腺组织图谱。这张最全面的图谱可帮助人们深入了解乳腺生物学，并有助于确定乳腺癌等疾病的治疗靶点。

　　

德克萨斯大学MD安德森癌症中心、加州大学欧文分校和贝勒医学院等机构的研究人员近日绘制出一张单细胞和空间分辨率的正常乳腺组织图谱。这张最全面的图谱可帮助人们深入了解乳腺生物学，并有助于确定乳腺癌等疾病的治疗靶点。

这篇题为“A spatially resolved single-cell genomic atlas of the adult human breast”的论文于6月28日发表在《Nature》杂志上。

研究人员采用单细胞和空间基因组学方法对126名女性的714,000多个细胞开展了分析。这份乳腺图谱突出了12种主要细胞类型和58种细胞状态，并显示了不同种族、年龄以及更年期状态下的差异。

共同通讯作者、MD安德森癌症中心系统生物学系主任Nicholas Navin博士表示：“我们能够利用许多技术，以非常精细的方式定义乳腺各个主要区域的所有不同细胞类型和细胞状态。我们希望这个工具可以帮助那些研究乳腺癌和其他疾病（如乳腺炎）以及乳房发育的人。”

人类乳腺组织由四个主要区域组成，包括小叶产乳区、输送乳汁的导管区、由成纤维细胞组成的结缔组织和主要由脂肪细胞组成的脂肪组织。尽管以往的研究大多集中在上皮组织上，因为这些细胞与乳腺癌有关联，但研究人员指出，他们的目标是研究乳腺中的所有细胞类型。

七年来，研究人员从132名女性身上采集了220份新鲜的乳腺组织样本，包括那些接受了缩胸手术、预防性乳腺切除手术和乳腺癌手术的女性。在这些女性中，接近一半是白人，41%是非洲裔，7%是西班牙裔，6%是未知种族。样本是由四个机构采集的，包括MD安德森癌症中心、加州大学欧文分校、贝勒医学院和圣卢克医院。

他们采用10x Genomics的单细胞RNA测序分析，从167个组织样本中产生了714,000多个细胞的数据。在数据分析后，他们确定了10种主要的细胞类型，包括三种上皮细胞、两种内皮细胞（淋巴和血管）、三种免疫细胞（T细胞、B细胞和髓样细胞），以及两种间质细胞（成纤维细胞和血管周细胞）。

由于脂肪细胞太大（>50 μm），无法封装在微滴内，故研究人员对117,346个细胞进行单细胞核RNA测序（snRNA-seq）分析。此次分析检测到scRNA-seq鉴定的大多数细胞类型，同时还鉴定出脂肪细胞和肥大细胞。

除了单细胞分析，研究人员还使用了三种技术来分析组织切片中各个细胞类型的空间排布，包括10x Genomics的空间转录组学、Resolve Biosciences的靶向单分子RNA荧光原位杂交（smFISH）以及Akoya Biosciences的CODEX空间蛋白质组分析。他们还通过Vizgen的MERFISH技术来解析上皮细胞的空间分布。

总的来说，他们的研究报告了12种主要的细胞类型和58种独特的细胞状态，并确定了与种族、年龄和更年期状态相对应的乳腺组织结构的变化。此外，孕妇和非孕妇的组织样本并无太大差异。“这是一个重要的发现，因为它真的告诉你，并非所有乳腺组织都是一样的，”Navin谈道。

有了空间图谱分析技术，研究人员能够观察样本的RNA和蛋白质组成，以了解不同类型的细胞驻留在何处。他们惊讶地发现，在正常乳腺组织中，16.7%的细胞是免疫细胞，包括三种主要类型：髓样细胞、NK细胞、T细胞和B细胞。科学家们以往认为，正常组织中很少会发现免疫细胞。

此外，这些免疫细胞主要位于导管和小叶周围。Navin解释说，了解这些不同免疫细胞的细微差别有助于针对某些乳腺癌亚型开发更有效的免疫疗法，并有助于确定它们在乳腺癌进展中的作用。

研究还发现，乳腺组织组成和细胞状态上的显著差异与种族、年龄和更年期状态有关。例如，非裔美国女性患浸润性乳腺癌亚型（如三阴性乳腺癌和炎症性乳腺癌）的比例过高，但人们对这种差异的根本原因知之甚少。通过进一步研究非裔女性和白人女性乳腺组织中基线细胞状态的差异，有望发现可预测癌症风险的标志物。

此外，与年轻女性相比，50岁以上女性的乳腺组织存在显著差异，而且细胞状态的差异取决于绝经状态。肥胖、BMI、怀孕状况和乳腺密度也会在细胞类型和细胞状态方面带来一些较小的差异。

Navin指出，目前还需要更多的研究来进一步了解这些细胞状态的功能作用。展望未来，他计划纳入其他种族的女性样本，让这份图谱更具实用性和包容性。

原文检索

Kumar, T., Nee, K., Wei, R. et al. A spatially resolved single-cell genomic atlas of the adult human breast. Nature (2023). https://doi.org/10.1038/s41586-023-06252-9