Science | 樊嘉/高强/张晓明/郭国骥合作发表20种癌症类型的肿瘤浸润性B细胞图谱

B细胞在适应性免疫系统中发挥重要作用，参与体液免疫应答和抗体生成。在肿瘤微环境（TME）中，肿瘤浸润性B细胞（TIBs）具有较大的功能异质性，包括初始B细胞、记忆B细胞（Bm）、生发中心（GC）B细胞和抗体分泌细胞（ASC，包括浆母细胞（PB）和浆细胞（PC））等。已有研究表明，B细胞可用于下一代免疫治疗，具有产生针对肿瘤相关抗原的抗体、促进吞噬作用和向CD8+T细胞呈递抗原的抗肿瘤能力；但B细胞也通过释放细胞因子、形成免疫复合体和参与免疫检查点表现出促进肿瘤生长的特性。上述结果凸显了B细胞在人类癌症中的不同作用，揭示了进行全面数据驱动分析的必要性。

ASC被认为来源于活化的B细胞，通过GC反应或在滤泡外（EF）分化形成。其中，B细胞通过GC可分化为长寿命、高度成熟PC并产生高亲和力抗体，通过EF分化为短寿命、不成熟PB，产生低亲和力和多反应性抗体。EF相关B细胞以CD21-CD11c和T-box转录因子T-bet为特征，通常以非典型记忆（AtM）B细胞形式出现。因此，深入分析癌症生态系统中B细胞的命运和调节途径，有助于描绘肿瘤特异性模式和克隆分支。

近日，复旦大学附属中山医院樊嘉院士、高强教授，中国科学院上海免疫与感染研究所张晓明研究员以及浙江大学郭国骥教授团队合作在Science发表了题为“A blueprint for tumor-infiltrating B cells across human cancers”的文章。研究团队对269名患者（477个样本）的474,718个B细胞进行了全面的单细胞多组学分析，涉及20种癌症类型，绘制了包含单细胞转录组、B细胞受体库和染色质可及性数据的B细胞图谱。

该研究揭示了B细胞和PC内的异质性，共鉴定了15个B细胞亚群和10个PC亚群；推导并验证了两种独立的ASC分化途径（即GC和EF途径），其具有明显的癌症类型偏好；确定了调节B细胞分化的动态代谢-表观遗传信号网络。特别地，研究团队发现与EF途径相关的非典型记忆（AtM）B细胞与免疫抑制性TME和不良预后有关。

文章发表在Science

图：人类泛癌B细胞图谱的系统分析

人类癌症B细胞转录组图谱

B细胞浸润在不同类型癌症中差异较大，为此，研究团队评估了癌症基因组图谱（TCGA）泛癌数据集中B细胞浸润的丰度，选择肿瘤内B细胞评分高和中等的癌症类型进行采样（图1）。对来自不同癌症类型患者的配对肿瘤、淋巴结转移、邻近正常组织和外周血进行单细胞RNA测序（scRNA-seq）和单细胞B细胞受体测序（scBCR-seq），并整合了大量已发表数据集，最终在来自20种癌症类型的269名供体的477个样本中构建泛癌B细胞图谱。该图谱共包含474,718个B细胞转录组，其中69.24%为该研究新生成。

图1. 不同人类癌症中B细胞的单细胞分析

B细胞的转录多样性

研究团队通过无监督聚类分析确定了15个不同的B细胞亚群，包括IFIT3+炎性B细胞、DUSP4+AtM B细胞、GC B细胞和PC等，这些亚群表现出不同的组织和癌症类型偏好；其中，对PC进一步聚类可分为10个不同的亚群。

此外，研究团队还鉴定了四个先前未被表征的B细胞亚群，包括①干扰素刺激基因阳性幼稚B细胞亚群（B_02），高表达损伤相关基因；②应激B细胞（B_03），位于三级淋巴结构（TLS）中心，高表达缺氧相关基因；③前GC B细胞（B_10），在淋巴结和肿瘤中高度富集；④AtM B细胞亚群（B_09），广泛存在于TME中，高度表达应激相关基因、干扰素诱导基因和激活相关基因。

肿瘤浸润性ASC异质性及两种发生途径

ASC是终末分化的B细胞，通过产生抗体执行效应功能。研究团队发现，肿瘤浸润性ASCs的多样性高于邻近正常组织和血液中的ASCs；癌症类型对ASC发生率的影响较大。图2A-D高分辨率图谱显示出肿瘤浸润性ASC在组织分布、癌症类型偏好、BCR库和转录组学特征方面的多样性。

研究团队利用基因表达推断了B细胞到ASC的分化轨迹，发现其分为GC和EF两种不同途径。GC途径主要通过Bm细胞、循环GC、GCLZ和GCDZ实现，EF途径主要通过AtM、ACB、IFIT3B、HSPB、pre-GC和MT1XB实现。进一步，研究团队评估了上述B细胞分化途径在癌症生态系统中的作用。结果显示，GC、EF两种途径具有明显不同的癌种偏好性，如肝癌主要由EF途径驱动，而肠癌则主要由GC途径驱动。

接下来，研究团队深入比较了两种来源ASC在转录组、BCR免疫组库和表观遗传调控等方面的差异。结果显示，与GC来源ASC相比，EF来源ASC在肿瘤中的中位频率显著较高，基因表达和BCR克隆型的多样性显著较低；GC来源ASC在激活诱导的胞苷脱氨酶（AID）、WRC/GYW和WA/TW热点中具有更高的突变频率。上述结果表明，EF和GC途径具有不同的癌症生态系统。

图2.人类癌症中浆细胞的两种发育途径

滤泡外AtM B细胞表型和功能特征

AtM B细胞是EF来源ASCs的主要祖细胞，并在TME中发挥关键作用。研究团队全面分析了AtM B细胞的表型、功能、空间定位等。结果显示，AtM B细胞高度表达BCR信号（SYK）、免疫调节和激活基因，具有耗竭和旁观活化的表型，可分泌识别自身抗原的抗体，且分化途径独立于GC。上述结果表明，AtM B细胞具有独特的免疫表型和分子特征。

研究团队还发现，AtM B细胞最初位于未成熟TLS中心，在TLS成熟过程中逐渐迁移到外周；PD1HiCD4+外周辅助T细胞（Tph）细胞与AtM B细胞在空间上存在共定位，并通过IL21-IL21R轴诱导AtM B细胞的分化。

为进一步研究滤泡外AtM B细胞的免疫库，研究团队进行了同型分析，发现与Bm细胞相比，AtM B细胞中IGHD和IGHM含量较高，IgG、IgA和IgM含量较低；Bm细胞中SHM水平较高，但AtM B细胞中SHM较低或中等。此外，与Bm和GC B细胞相比，AtM B细胞具有高TF活性。

图3. 人类癌症中AtM B细胞的GC非依赖性发育

谷氨酰胺代谢建立滤泡外AtM B细胞的表观遗传身份

研究团队分析了TME中EF与GC途径的主要反应机制，发现不同癌症类型的代谢途径存在很大差异，表明B细胞可能受到代谢调节。鉴于谷氨酰胺在TME中具有重要作用，且与B细胞免疫表型相关，研究团队深入探究了谷氨酰胺与B细胞免疫表型之间的关系。结果显示，EF反应优势型癌症（如LIHC、CESC）中谷氨酰胺水平高于GC反应优势型癌症，LIHC肿瘤中的谷氨酰胺显著高于邻近正常组织。因此，谷氨酰胺代谢可能在引发TME的EF反应中具有潜在作用。

研究团队进一步通过单细胞代谢通路分析、非靶向质谱等技术，发现谷氨酰胺衍生的代谢物α-酮戊二酸（α-KG）会增加AtM B细胞相关转录因子Tbet和BATF的表达并促进其分化，激活哺乳动物雷帕霉素靶复合物1（mTORC1）信号传导。因此，AtM B细胞获得了一种免疫调节功能，抑制了抗肿瘤T细胞反应，促进了免疫抑制TME的形成。在多个癌种中，AtM B细胞与不良预后和免疫治疗抵抗相关。

图4. 谷氨酰胺促进AtM B细胞分化以获得免疫调节功能

综上所述，肿瘤浸润性B细胞在肿瘤免疫中发挥重要作用，并可作为免疫治疗应答的预测因子。该研究结合单细胞转录组、 B细胞受体免疫组库和表观基因组的多组学数据，绘制了全面的泛癌B细胞图谱，系统表征了肿瘤浸润性B细胞的异质性、表观调控机制，以及动态分化途径的潜在诱导机制及临床相关性，为后续B细胞研究提供了重要参考，并为靶向B细胞的肿瘤免疫治疗提供了新思路。

论文原文：

Ma J, Wu Y, Ma L, et al. A blueprint for tumor-infiltrating B cells across human cancers. Science. 2024;384(6695):eadj4857. doi:10.1126/science.adj4857

https://doi.org/10.1126/science.adj4857

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