本文是一篇关于肺癌肿瘤内皮细胞（Tumor Endothelial Cells, TECs）异质性和血管生成候选基因的研究论文，由Jermaine Goveia等作者于2020年1月13日发表在《Cancer Cell》期刊上。该研究通过单细胞RNA测序（single-cell RNA sequencing, scRNA-seq）技术，结合多组学分析，系统地描绘了人类和小鼠肺癌模型中内皮细胞的异质性，并识别了与血管生成相关的候选基因。以下是该研究的详细报告。
肿瘤血管生成（angiogenesis）是肿瘤生长和转移的关键过程，而内皮细胞（Endothelial Cells, ECs）在这一过程中扮演了重要角色。尽管抗血管生成治疗（anti-angiogenic therapy, AAT）已被广泛应用于临床，但其疗效有限，部分原因是肿瘤内皮细胞的异质性和耐药性。因此，深入了解肿瘤内皮细胞的异质性及其在血管生成中的作用，对于开发更有效的抗肿瘤治疗策略至关重要。
本研究的主要目的是通过单细胞RNA测序技术，系统地描绘人类和小鼠肺癌模型中内皮细胞的异质性，识别新的血管生成候选基因，并探讨这些基因在肿瘤血管生成中的功能。
研究分为以下几个主要步骤：
研究团队从8名非小细胞肺癌（NSCLC）患者中收集了肿瘤组织及配对的正常肺组织，分离出内皮细胞。通过磁激活细胞分选（Magnetic-Activated Cell Sorting, MACS）去除CD45+白细胞，并富集CD31+内皮细胞。随后，使用10x Genomics平台进行单细胞RNA测序，共分析了56,771个内皮细胞。
通过t-SNE（t-distributed Stochastic Neighbor Embedding）和层次聚类分析，研究团队将内皮细胞分为17个已知和16个新的表型。这些表型包括经典的尖端细胞（tip cells）、基底膜重塑细胞（breach cells）、毛细血管和静脉内皮细胞等。研究还发现，毛细血管和静脉内皮细胞表达免疫调节基因特征，提示它们在肿瘤免疫监视中可能发挥作用。
为了验证单细胞RNA测序结果的可靠性，研究团队使用了多种正交技术，包括免疫荧光染色、RNAscope原位杂交、时间飞行质谱流式细胞术（CyTOF）等。这些实验证实了单细胞RNA测序中识别的内皮细胞表型的表达特征。
为了识别跨物种和跨模型保守的内皮细胞表型，研究团队还对小鼠Lewis肺癌模型和体外培养的人类肺癌内皮细胞进行了单细胞RNA测序分析。结果显示，尖端细胞表型在人类、小鼠和体外培养的内皮细胞中均保守存在，而其他表型则表现出物种和模型特异性。
研究团队还探讨了抗血管生成治疗对不同内皮细胞表型的影响。结果显示，尖端细胞和基底膜重塑细胞对VEGF阻断最为敏感，而毛细血管和静脉内皮细胞对治疗的敏感性较低。此外，VEGF阻断还部分逆转了肿瘤血管的异常结构，提示其可能通过调节内皮细胞表型来实现肿瘤血管的“正常化”。
研究团队通过单细胞RNA测序识别了多种内皮细胞表型，包括尖端细胞、基底膜重塑细胞、毛细血管和静脉内皮细胞等。这些表型在肿瘤和正常组织中的分布存在显著差异，提示它们在肿瘤血管生成中的不同作用。
尖端细胞和基底膜重塑细胞对VEGF阻断最为敏感，提示它们是抗血管生成治疗的主要靶点。此外，这些细胞表型在肿瘤血管生成中的关键作用也得到了功能验证。
通过整合单细胞RNA测序和多组学数据，研究团队发现胶原修饰（collagen modification）是肿瘤血管生成的一个潜在途径。胶原修饰酶（如LOXL2和PLOD1/2）在肿瘤内皮细胞中显著上调，且其表达与肿瘤血管生成密切相关。功能实验进一步证实，抑制这些酶的表达或活性可以显著抑制内皮细胞的迁移和血管生成。
本研究通过单细胞RNA测序和多组学分析，系统地描绘了肺癌肿瘤内皮细胞的异质性，并识别了新的血管生成候选基因。研究结果表明，尖端细胞和基底膜重塑细胞是抗血管生成治疗的主要靶点，而胶原修饰酶在肿瘤血管生成中发挥了重要作用。这些发现为开发更有效的抗肿瘤治疗策略提供了新的思路。
本研究不仅为理解肿瘤内皮细胞的异质性提供了新的视角，还为开发更有效的抗血管生成治疗策略提供了重要的理论基础和实验依据。通过识别新的血管生成候选基因，研究为未来的肿瘤治疗提供了潜在的治疗靶点。