Analyse transcriptomique monocellulaire de l’hétérogénéité tumorale et des réseaux intercellulaires dans le carcinome urothélial humain

Le carcinome urothélial (CU), incluant le cancer de la vessie et le carcinome urothélial des voies excrétrices supérieures, représente une tumeur maligne cliniquement complexe avec des taux de récidive élevés et une efficacité thérapeutique limitée aux stades avancés. L’hétérogénéité tumorale et le microenvironnement tumoral (TME) immunosuppresseur sont des facteurs critiques influençant la progression tumorale et la résistance aux traitements. Cette étude a utilisé le séquençage de l’ARN monocellulaire (scRNA-seq) pour caractériser la diversité cellulaire, les programmes transcriptionnels et la communication intercellulaire dans le CU, en intégrant des données de 15 tumeurs et 12 échantillons sains issus de trois jeux de données indépendants.

Paysage cellulaire des tissus urothéliaux

Le clustering non supervisé de 158 867 cellules a identifié dix compartiments cellulaires majeurs : cellules épithéliales urothéliales, fibroblastes, péricytes, cellules endothéliales (EC), cellules T/NK, cellules myéloïdes, neutrophiles, lymphocytes B, plasmocytes et mastocytes. Les tissus tumoraux présentaient des proportions accrues de cellules épithéliales malignes (29,2 % vs 8,7 % dans les tissus sains) et de populations myéloïdes (11,4 % vs 7,1 %), avec une réduction des composants stromaux. Les CU des voies excrétrices supérieures montraient une infiltration neutrophilique plus élevée que les cancers de la vessie (14,8 % vs 9,2 %), suggérant des différences anatomiques spécifiques du TME.

Hétérogénéité des cellules épithéliales et transformation maligne

Sept sous-types urothéliaux ont été identifiés :

1. Proliférant (C1_Epi_pro) : Enrichi en TOP2A/UBE2C (P < 1e-50)
2. ERBB2-élevé (C2_Epi_ERBB2) : Exclusif à 2 patients avec amplification d’ERBB2
3. Parapluie (C3_Epi_Umb) : KRT20+/UPK3A+ (logFC > 4)
4. Intermédiaire 1 (C4_Epi_Inter1) : MHC-IIhi (HLA-DRA+/HLA-DRB1+)
5. Intermédiaire 2 (C5_Epi_Inter2) : État transitionnel basal-parapluie
6. Basal 1 (C6_Epi_Basal1) : KRT5+/KRT14+
7. Basal 2 (C7_Epi_Basal2) : Marqueurs musculaires lisses (ACTA2+/TAGLN+)

L’analyse des variations du nombre de copies (CNV) a révélé des cellules malignes dans tous les sous-types épithéliaux, avec le sous-type C2_Epi_ERBB2 montrant l’instabilité génomique la plus élevée (score CNV moyen 0,38 vs 0,12 dans les tissus sains). Les cellules tumorales présentaient une activation des voies PI3K-Akt (NES=2,1, FDR<0,001) et Wnt, associée à une diminution de la présentation antigénique (expression de MHC-II réduite de 73 %). Une signature génique basale (KRT5/KRT6) corrélait avec un mauvais pronostic dans TCGA-BLCA (HR=1,89, P=0,004), tandis que les signatures parapluie (KRT20/UPK3A) étaient associées à une meilleure survie (HR=0,62, P=0,018).

Dynamique des cellules immunitaires dans le TME

Compartiment T/NK

Les lymphocytes CD8+ présentaient un continuum d’états cytotoxiques (CD8_C1_GZMK : GZMB+/IFNG+) à épuisés (CD8_C3_CXCL13 : LAG3+/HAVCR2+/PDCD1+), avec une augmentation des scores d’épuisement dans les tumeurs (x1,8, P=2e-16). Les Tregs CD4_C6_FOXP3 s’étendaient dans les tumeurs (4,1 % vs 1,7 % des CD4+), exprimant CTLA4 (logFC=3,2) et TIGIT (logFC=2,8). Les cellules NK se divisaient en sous-ensembles cytotoxiques CD16hi (NK_C1_FCGR3A : FCGR3A+/CX3CR1+) et immunorégulateurs (NK_C2_FCER1G : XCL1+/NCAM1+).

Écosystème myéloïde

Les neutrophiles associés aux tumeurs (S100A8+/CSF3R+) montraient un enrichissement des voies de chimiotaxie leucocytaire (CXCL8+/CCL20+) et de NETose (PADI4+/ELANE+). Les macrophages polarisés vers des phénotypes M2 (CD163+/MRC1+/C1QC+) représentaient 68 % de l’infiltrat myéloïde. Trois sous-types de cellules dendritiques (DC) ont été identifiés :

• cDC2 CD1C+ : Présentation antigénique (CD1C+/CLEC10A+)
• cDC1 CLEC9A+ : Présentation croisée (XCR1+/BATF3+)
• DCs LAMP3+ : Hubs immunosuppresseurs (CCL17+/CCL22+/IDO1+)

Les DCs LAMP3+ augmentaient de 5,3 fois dans les tumeurs, corrélant avec l’infiltration de Tregs (r=0,62, P=1e-7) et une survie réduite (HR=1,74, P=0,009).

Remodelage vasculaire et stromal

Hétérogénéité endothéliale

Cinq sous-types d’EC ont été caractérisés :

1. ECs angiogéniques KDR+ : VEGFR2hi/NRP1hi (21,4 % dans les tumeurs vs 8,9 % sains)
2. ECs lymphatiques LYVE1+
3. ECs immunorégulateurs ICAM1low/ACKR1+ : MHC-IIhi/CD74+
4. ECs inflammatoires ICAM1high/ACKR1+ : CCL2+/SELE+
5. ECs proliférants : TOP2A+/MKI67+

Les ECs KDR+ dominaient la vascularisation tumorale (32,6 % vs 12,1 %), associées à des signatures angiogéniques (VEGFA/VEGFR2, NES=2,3) et un mauvais pronostic (HR=1,82, P=0,003). La réduction des ECs ICAM1low dans les tumeurs (-64 %, P=0,002) corrélait avec une activation T altérée.

Sous-types de fibroblastes

Quatre populations stromales ont émergé :

1. Fibroblastes IGF1+ : SFRP1+/WNT5B+ (67 % du stroma sain)
2. Myofibroblastes ACTA2+ : WNT5A+/BMP4+/TGFβ1+ (83 % du stroma tumoral)
3. Péricytes RGS5+ : ANGPT2+/PDGFRB+
4. Cellules musculaires lisses DES+

Les myofibroblastes ACTA2+ corrélaient avec l’infiltration macrophagique (r=0,58, P=4e-6) et les stades avancés (OR=2,34, P=0,013).

Implications thérapeutiques

Prédicteurs de réponse immunothérapeutique

La déconvolution de la cohorte IMvigor210 (n=298 traités par anti-PD-L1) a révélé :

• Populations favorables : lymphocytes T CD8+ CXCL13+ (OR=2,1, P=0,018), NK_C1_FCGR3A (OR=1,8, P=0,037), ECs ICAM1low (OR=1,6, P=0,047)
• Cellules associées à la résistance : DCs LAMP3+ (OR=0,52, P=0,004), péricytes RGS5+ (OR=0,61, P=0,016)

Réseaux de communication intercellulaire

L’analyse CellChat a identifié des interactions tumorales spécifiques :

• Épithélial-myéloïde : CSF1-CSF1R (P=1e-9), LGALS9-HAVCR2 (P=4e-6)
• Stromal-EC : PDGFB-PDGFRB (P=3e-8), ANGPT2-TEK (P=2e-5)
• Points de contrôle immunitaires : CD274-CD80 (P=1e-4), TIGIT-NECTIN2 (P=5e-5)

Conclusion

Cette étude établit un atlas complet de l’hétérogénéité du CU, révélant des interactions coordonnées entre clones malins, sous-ensembles myéloïdes immunosuppresseurs, ECs angiogéniques et stroma activé. L’identification des lymphocytes T épuisés CXCL13+, DCs LAMP3+ et ECs KDR+ offre des cibles actionnables pour les thérapies combinées. La validation de ces résultats dans des cohortes cliniques souligne leur pertinence translationnelle pour la pronostication et l’optimisation thérapeutique.

doi.org/10.1097/CM9.0000000000002573