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Single-cell analyses reveal the metabolic heterogeneity and plasticity of the tumor microenvironment during head and neck squamous cell carcinoma progression

头颈部鳞状细胞癌 肿瘤进展 细胞 肿瘤微环境 生物 淋巴结 癌细胞 病理 癌症研究 原发性肿瘤 肿瘤细胞 头颈部癌 医学 癌症 转移 免疫学 生物化学 遗传学
作者
Xiaoyan Meng,Yang Zheng,Lingfang Zhang,Peipei Liu,Zhonglong Liu,Yue He
出处
期刊:Cancer Research [American Association for Cancer Research]
标识
DOI:10.1158/0008-5472.can-23-1344
摘要

Abstract Metabolic reprogramming is a hallmark of cancer. In addition to metabolic alterations in the tumor cells, multiple other metabolically active cell types in the tumor microenvironment (TME) contribute to the emergence of a tumor-specific metabolic milieu. Here, we defined the metabolic landscape of the TME during progression of head and neck squamous cell carcinoma (HNSCC) by performing single-cell RNA sequencing (scRNA-seq) on 26 human patient specimens, including normal tissue, pre-cancerous lesions, early-stage cancer, advanced-stage cancer, lymph node metastases, and recurrent tumors. The analysis revealed substantial heterogeneity at the transcriptional, developmental, metabolic, and functional levels in different cell types. SPP1+ macrophages were identified as a pro-tumor and pro-metastatic macrophage subtype with high fructose and mannose metabolism, which was further substantiated by integrative analysis and validation experiments. An inhibitor of fructose metabolism reduced the proportion of SPP1+ macrophages, reshaped the immunosuppressive TME, and suppressed tumor growth. In conclusion, this work delineated the metabolic landscape of HNSCC at a single-cell resolution and identified fructose metabolism as a key metabolic feature of a pro-tumor macrophage subpopulation.
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