ТРАНСКРИПТОМНАЯ ГЕТЕРОГЕННОСТЬ МОНОЦИТОВ И ЕЕ ВКЛАД В ФОРМИРОВАНИЕ ИММУННОГО МИКРООКРУЖЕНИЯ ПРИ РАКЕ ПРЕДСТАТЕЛЬНОЙ ЖЕЛЕЗЫ

Наши современные знания о транскриптомных особенностях популяций моноцитов при раке простаты остаются весьма ограниченными. Это связано со сложностью исследования гетерогенных циркулирующих иммунных клеток, которая обусловлена изменчивостью клеточных фенотипов и антигенной экспрессией в опухоли. Применение секвенирования единичных клеток представляет возможность изучить транскрипционный профиль моноцитов, что может помочь ответить на многие вопросы, связанные с ролью различных субпопуляций моноцитов в формировании иммунного микроокружения опухоли у пациентов с раком простаты.

Целью исследования было охарактеризовать вклад транскриптомных особенностей субпопуляций моноцитов в формирование иммунного микроокружения при раке предстательной железы.

В исследование были включены 3 пациента с ацинарной аденокарциномой предстательной железы и 1 пациент с мелкоацинарной аденокарциномой предстательной железы. Транскриптомный профиль моноцитарных клеток периферической крови был получен с помощью секвенирования одноклеточной РНК (scRNA-seq). Подсчетные матрицы были получены с помощью Cell Ranger и проанализированы в R/Seurat с учетом дублетов (scDblFinder) и фильтрации низкокачественных клеток. После нормализации (SCTransform), интеграции (Harmony) и кластеризации (UMAP, PCA, FindClusters), кластеры аннотировали в Azimuth, а взаимодействия лиганд–рецептор исследовали с помощью CellChat.

Анализ транскриптомного профиля моноцитарных клеток с помощью секвенирования одноклеточной РНК (scRNA-seq) показал, что среди высокоэкспрессированных генов классических моноцитов прослеживается сеть, направленная на увеличение уровня провоспалительности иммуносреды (S100A8, S100A9, IL-6). Неклассические моноциты характеризовались повышением TRPC6, компонентами NO/cGMP‑сигналинга (GUCY1A1/B1) и Sema3A, ассоциированными с ангиогенезом, рекрутированием моноцитов и их поляризацией в иммуносупрессивные фенотипы. Промежуточные моноциты демонстрировали активацию регуляторно‑миграционных программ (ETS1, CCL5) вместе с элементами T‑клеточного взаимодействия (CD3E, CD247, SKAP1) и IL‑сигналинга. Сигнальные профили моноцитарных субпопуляций при раке простаты демонстрируют разнообразие как в исходящих, так и во входящих путях, отражая их функциональную неоднородность. Отмечаются особенности, связанные с активацией TGFβ-, галлектинового и TRAIL-сигналинга, что указывает на участие различных субтипов моноцитов в формировании межклеточных взаимодействий в опухолевом микроокружении.

Таким образом, проведенный анализ подчеркивает важную роль транскриптомных особенностей субпопуляций моноцитов в организации межклеточных взаимодействий и формировании иммунного микроокружения при раке простаты.

1. Bluml S., Scheinecker C., Smolen J.S., Redlich K. Targeting TNF receptors in rheumatoid arthritis. International Immunology, 2012, Vol. 24, No. 5, P. 275-281.

2. Byerly J., Halstead-Nussloch G., Ito K., Katsyv I., Irie H.Y. PRKCQ promotes oncogenic growth and anoikis resistance of a subset of triple-negative breast cancer cells. Breast Cancer Research, 2016, Vol. 18, No. 1, P. 95.

3. Cavassani K.A., Meza R.J., Habiel D.M., Chen J., Montes A., Tripathi M., Martins G.A., Crother T.R., You S., Hogaboam C.M., Bhowmick N., Posadas E.M. Circulating monocytes from prostate cancer patients promote invasion and motility of epithelial cells. Cancer Medicine, 2018, Vol. 7, No. 9, P. 4639-4649.

4. Farfariello V., Prevarskaya N., Gkika D. Ion Channel Profiling in Prostate Cancer: Toward Cell Population-Specific Screening. Transportome Malfunction in the Cancer Spectrum : Reviews of Physiology, Biochemistry and Pharmacology. eds. C. Stock, L.A. Pardo. – Cham: Springer International Publishing, 2020. – Vol. 181. – Ion Channel Profiling in Prostate Cancer. – P. 39-56.

5. Galiègue‐Zouitina S., Fu Q., Carton‐Latreche C., Poret N., Cheok M., Leprêtre F., Figeac M., Quesnel B., El Bouazzati H., Shelley C.S. Bimodal expression of RHOH during myelomonocytic differentiation: Implications for the expansion of AML differentiation therapy. eJHaem, 2021, Vol. 2, Bimodal expression of RHOH during myelomonocytic differentiation, No. 2, P. 196-210.

6. Gao J., Liu J., Lu J., Zhang X., Zhang W., Li Q., Cai J., Li M., Gan Y., Tang Y., Wu S. SKAP1 Expression in Cancer Cells Enhances Colon Tumor Growth and Impairs Cytotoxic Immunity by Promoting Neutrophil Extracellular Trap Formation via the NFATc1/CXCL8 Axis. Advanced Science (Weinheim, Baden-Wurttemberg, Germany), 2024, Т. 11, N 41, C. e2403430.

7. Gillen A.E., Brechbuhl H.M., Yamamoto T.M., Kline E., Pillai M.M., Hesselberth J.R., Kabos P. Alternative Polyadenylation of PRELID1 Regulates Mitochondrial ROS Signaling and Cancer Outcomes. Molecular Cancer Research, 2017, Vol. 15, No. 12, P. 1741-1751.

8. Gonzalez-Junca A., Driscoll K.E., Pellicciotta I., Du S., Lo C.H., Roy R., Parry R., Tenvooren I., Marquez D.M., Spitzer M.H., Barcellos-Hoff M.H. Autocrine TGFβ Is a Survival Factor for Monocytes and Drives Immunosuppressive Lineage Commitment. Cancer Immunology Research, 2019, Vol. 7, No. 2, P. 306-320.

9. Hermani A., Deservi B., Medunjanin S., Tessier P., Mayer D. S100A8 and S100A9 activate MAP kinase and NF-κB signaling pathways and trigger translocation of RAGE in human prostate cancer cells. Experimental Cell Research, 2006, Vol. 312, No. 2, P. 184-197.

10. Hourani T., Sharma A., Luwor R.B., Achuthan A.A. Transforming growth factor-β in tumor microenvironment: Understanding its impact on monocytes and macrophages for its targeting. International Reviews of Immunology, 2025, Vol. 44, Transforming growth factor-β in tumor microenvironment, No. 2, P. 82-97.

11. Huang R., Guo L., Gao M., Li J., Xiang S. Research Trends and Regulation of CCL5 in Prostate Cancer. OncoTargets and Therapy, 2021, Vol. Volume 14, P. 1417-1427.

12. Jäger R., Groneberg D., Friebe A. Role of NO/cGMP signalling in VEGF-mediated angiogenesis. BMC Pharmacology, 2011, Vol. 11, No. S1, P. P35, 1471-2210-11-S1-P35.

13. James N.D., Tannock I., N’Dow J., Feng F., Gillessen S., Ali S.A., Trujillo B., Al-Lazikani B., Attard G., Bray F., Compérat E., Eeles R., Fatiregun O., Grist E., Halabi S., Haran Á., Herchenhorn D., Hofman M.S., Jalloh M., Loeb S., MacNair A., Mahal B., Mendes L., Moghul M., Moore C., Morgans A., Morris M., Murphy D., Murthy V., Nguyen P.L., Padhani A., Parker C., Rush H., Sculpher M., Soule H., Sydes M.R., Tilki D., Tunariu N., Villanti P., Xie L.-P. The Lancet Commission on prostate cancer: planning for the surge in cases. The Lancet, 2024, Vol. 403, The Lancet Commission on prostate cancer, No. 10437, P. 1683-1722.

14. Johnstone R.W., Frew A.J., Smyth M.J. The TRAIL apoptotic pathway in cancer onset, progression and therapy. Nature Reviews Cancer, 2008, Vol. 8, No. 10, P. 782-798.

15. Le Gallou S., Lhomme F., Irish J.M., Mingam A., Pangault C., Monvoisin C., Ferrant J., Azzaoui I., Rossille D., Bouabdallah K., Damaj G., Cartron G., Godmer P., Le Gouill S., Casasnovas R.-O., Molina T.J., Houot R., Lamy T., Tarte K., Fest T., Roussel M. Nonclassical Monocytes Are Prone to Migrate Into Tumor in Diffuse Large B-Cell Lymphoma. Frontiers in Immunology, 2021, Т. 12, C. 755623.

16. Lee C.-R., Lee W., Cho S., Park S.-G. Characterization of Multiple Cytokine Combinations and TGF-β on Differentiation and Functions of Myeloid-Derived Suppressor Cells. International Journal of Molecular Sciences, 2018, Vol. 19, No. 3, P. 869.

17. Li Y., Cai L., Wang H., Wu P., Gu W., Chen Y., Hao H., Tang K., Yi P., Liu M., Miao S., Ye D. Pleiotropic regulation of macrophage polarization and tumorigenesis by formyl peptide receptor-2. Oncogene, 2011, Vol. 30, No. 36, P. 3887-3899.

18. Liguori M., Buracchi C., Pasqualini F., Bergomas F., Pesce S., Sironi M., Grizzi F., Mantovani A., Belgiovine C., Allavena P. Functional TRAIL receptors in monocytes and tumor-associated macrophages: A possible targeting pathway in the tumor microenvironment. Oncotarget, 2106, Vol. 7, Functional TRAIL receptors in monocytes and tumor-associated macrophages, No. 27, P. 41662-41676.

19. Liu D., Liu J., Li Y., Du L., Cao Q., Yang L., Zhou Y., Chen P., Guo Y., Zeng G., DiSanto M.E., Hu W., Zhang X. Broad and diverse roles of sphingosine-1-phosphate/sphingosine-1-phosphate receptors in the prostateю. iScience, 2024, Т. 27, N 12, C. 111290.

20. Liu F., Wang C., Huang H., Yang Y., Dai L., Han S., Xing N., Ren S. SEMA3A-mediated crosstalk between prostate cancer cells and tumor-associated macrophages promotes androgen deprivation therapy resistance. Cellular & Molecular Immunology, 2021, Т. 18, N 3, C. 752-754.

21. Lu Y., Cai Z., Xiao G., Liu Y., Keller E.T., Yao Z., Zhang J. CCR2 expression correlates with prostate cancer progression. Journal of Cellular Biochemistry, 2007, Vol. 101, No. 3, P. 676-685.

22. Ma L., Sun P., Zhang J.-C., Zhang Q., Yao S.-L. Proinflammatory effects of S100A8/A9 via TLR4 and RAGE signaling pathways in BV-2 microglial cells. International Journal of Molecular Medicine, 2017, Vol. 40, No. 1, P. 31-38.

23. Mayernik D.G., Haq A., Rinehart J.J. Interleukin 1 Secretion by Human Monocytes and Macrophages. Journal of Leukocyte Biology, 1984, Vol. 36, No. 4, P. 551-557.

24. Mengus C., Le Magnen C., Trella E., Yousef K., Bubendorf L., Provenzano M., Bachmann A., Heberer M., Spagnoli G.C., Wyler S. Elevated levels of circulating IL-7 and IL-15 in patients with early stage prostate cancer. Journal of Translational Medicine, 2011, Vol. 9, No. 1, P. 162.

25. Meyer-Siegler K.L., Iczkowski K.A., Leng L., Bucala R., Vera P.L. Inhibition of Macrophage Migration Inhibitory Factor or Its Receptor (CD74) Attenuates Growth and Invasion of DU-145 Prostate Cancer Cells. The Journal of Immunology, 2006, Vol. 177, No. 12, P. 8730-8739.

26. Nobumoto A., Oomizu S., Arikawa T., Katoh S., Nagahara K., Miyake M., Nishi N., Takeshita K., Niki T., Yamauchi A., Hirashima M. Galectin-9 expands unique macrophages exhibiting plasmacytoid dendritic cell-like phenotypes that activate NK cells in tumor-bearing mice. Clinical Immunology, 2009, Vol. 130, No. 3, P. 322-330.

27. Olingy C.E., Dinh H.Q., Hedrick C.C. Monocyte heterogeneity and functions in cancer. Journal of Leukocyte Biology, 2019, Vol. 106, No. 2, P. 309-322.

28. Ouyang X., Jessen W.J., Al-Ahmadie H., Serio A.M., Lin Y., Shih W.-J., Reuter V.E., Scardino P.T., Shen M.M., Aronow B.J., Vickers A.J., Gerald W.L., Abate-Shen C. Activator Protein-1 Transcription Factors Are Associated with Progression and Recurrence of Prostate Cancer. Cancer Research, 2008, Vol. 68, No. 7, P. 2132-2144.

29. Pfeifhofer-Obermair C., Albrecht-Schgoer K., Peer S., Nairz M., Siegmund K., Klepsch V., Haschka D., Thuille N., Hermann-Kleiter N., Gruber T., Weiss G., Baier G. Role of PKCtheta in macrophage-mediated immune response to Salmonella typhimurium infection in mice. Cell Communication and Signaling, 2016, Vol. 14, No. 1, P. 14.

30. Smith-Garvin J.E., Koretzky G.A., Jordan M.S. T Cell Activation. Annual Review of Immunology, 2009, Vol. 27, No. 1, P. 591-619.

31. Van Helden S.F.G., Anthony E.C., Dee R., Hordijk P.L. Rho GTPase Expression in Human Myeloid Cells. PLoS ONE, 2012, Vol. 7, No. 8, P. e42563.

32. Wang H.-C., Xia R., Chang W.-H., Hsu S.-W., Wu C.-T., Chen C.-H., Shih T.-C. Improving cancer immunotherapy in prostate cancer by modulating T cell function through targeting the galectin-1. Frontiers in Immunology, 2024, Т. 15.

33. Wang S., Song R., Wang Z., Jing Z., Wang S., Ma J. S100A8/A9 in Inflammation. Frontiers in Immunology, 2018, Т. 9, C. 1298.

34. Williams H., Mack C., Baraz R., Marimuthu R., Naralashetty S., Li S., Medbury H. Monocyte Differentiation and Heterogeneity: Inter-Subset and Interindividual Differences. International Journal of Molecular Sciences, 2023, Vol. 24, Monocyte Differentiation and Heterogeneity, No. 10, P. 8757.

35. Wong K.L., Tai J.J.-Y., Wong W.-C., Han H., Sem X., Yeap W.-H., Kourilsky P., Wong S.-C. Gene expression profiling reveals the defining features of the classical, intermediate, and nonclassical human monocyte subsets. Blood, 2011, Vol. 118, No. 5, P. e16-e31.

36. Yaddanapudi K., Putty K., Rendon B.E., Lamont G.J., Faughn J.D., Satoskar A., Lasnik A., Eaton J.W., Mitchell R.A. Control of tumor-associated macrophage alternative activation by macrophage migration inhibitory factor. Journal of Immunology (Baltimore, Md.: 1950), 2013, Т. 190, N 6, C. 2984-2993.

37. Yang B., Wang L., Tian Z. Silencing of RHOC induces macrophage M1 polarization to inhibit migration and invasion in colon cancer via regulating the PTEN / FOXO1 pathway. International Journal of Experimental Pathology, 2023, Vol. 104, No. 1, P. 33-42.