空間轉(zhuǎn)錄組學揭示貼壁樣和腺泡狀肺腺癌之間組織學亞型異質(zhì)性

近日，上海市復旦大學附屬中山醫(yī)院楊達偉老師課題組，在期刊Clinical and Translational Medicine上發(fā)表題為“Spatial transcriptomics reveals heterogeneity of histological subtypes between lepidic and acinar lung adenocarcinoma”的研究成果。研究團隊創(chuàng)建了一種新方法，用于精確評估IA期LUAD患者的組織學亞型，并且準確描述了LUAD貼壁樣和腺泡狀亞型之間微環(huán)境的差異，探討了內(nèi)皮細胞在早期LUAD進展中的重要性。

文章詳情

文章題目：Spatial transcriptomics reveals heterogeneity of histological subtypes between lepidic and acinar lung adenocarcinoma

中文題目：通過空間轉(zhuǎn)錄組學揭示貼壁樣和腺泡狀肺腺癌之間組織學亞型異質(zhì)性

發(fā)表時間：2024.02.06

期刊名稱：Clinical and Translational Medicine

影響因子：10.6

實驗平臺：10x Genomics單細胞轉(zhuǎn)錄組測序+10x Visium空間轉(zhuǎn)錄組測序+GeoMx DSP

DOI：10.1002/ctm2.1573

01 研究背景

肺腺癌（LUAD）具有多種組織學亞型，且患者腫瘤組織中可能同時存在多種不同的亞型，需要病理學家對每個病例中不同LUAD亞型的組成進行評估。但是較高的LUAD內(nèi)部異質(zhì)性導致病理學家評估的可重復性有待提高。為此，本研究整合了單細胞轉(zhuǎn)錄組和空間轉(zhuǎn)錄組、空間蛋白質(zhì)組的數(shù)據(jù)，創(chuàng)建了一種新方法，用于精確評估IA期LUAD患者的組織學亞型，并試圖更準確地描述LUAD中貼壁樣組織學亞型和腺泡狀組織學亞型之間的微環(huán)境差異，探討內(nèi)皮細胞在早期LUAD進展中的重要性。

02 技術路線

為了方便各位老師快速掌握研究思路，小編繪制了文章的研究框架圖，供各位觀賞。

03 研究結果

1. 利用DSP和10x Visium技術篩選貼壁樣和腺泡狀亞型的特征基因

首先利用DSP技術對正常、貼壁樣和腺泡狀區(qū)域的上皮細胞區(qū)域（PanCK+）進行轉(zhuǎn)錄組分析和聚類，發(fā)現(xiàn)這三種區(qū)域有較高的相似性。在DSP和10x Visium的轉(zhuǎn)錄組結果中進行差異分析，獲得與正常組織相比，貼壁樣和腺泡狀亞型的特異性上調(diào)表達基因。通過將不同技術獲得的特異性上調(diào)表達基因結果取交集，分別獲得了貼壁樣和腺泡狀亞型的特征基因集。富集分析表明，貼壁樣上皮細胞在免疫反應激活過程中顯著富集，而腺泡狀上皮細胞在促進上皮細胞遷移方面明顯富集。

Fig.1 獲取貼壁樣和腺泡狀亞型的特征基因

2. 在單細胞水平驗證特征基因并預測預后

對11例LUAD患者的腫瘤和正常組織進行單細胞轉(zhuǎn)錄組測序，并注釋為10種細胞類型。根據(jù)CNV對其中25674個腫瘤細胞進行亞型注釋，得到貼壁樣、腺泡狀和其他共三種類型（利用空間轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)中獲得的特征基因集進行注釋），并計算每個患者中這三種類型的細胞比例，發(fā)現(xiàn)利用特征基因?qū)Σ±韥喰偷念A測與病理診斷結果有一定程度的吻合。

從公共數(shù)據(jù)庫中選擇IA期患者數(shù)據(jù)進行多因素COX分析，發(fā)現(xiàn)貼壁樣高-腺泡狀低患者預后比貼壁樣低-腺泡狀高患者更好。這與腺泡狀亞型比貼壁樣亞型更具侵襲性相同。

Fig.2 貼壁樣和腺泡狀特征基因集預測組織學亞型和預后

3. 貼壁樣和腺泡狀內(nèi)皮、免疫細胞異質(zhì)性

作為腫瘤微環(huán)境的重要組成部分，內(nèi)皮細胞對腫瘤的生長起著貢獻作用。利用DSP技術的數(shù)據(jù)對內(nèi)皮細胞（CD31+）進行分析，發(fā)現(xiàn)貼壁樣內(nèi)皮細胞在調(diào)節(jié)血管生成和促進免疫細胞激活和遷移方面發(fā)揮重要作用，而腺泡狀內(nèi)皮細胞在促進凋亡方面發(fā)揮重要作用。貼壁樣內(nèi)皮細胞的GSEA顯示MAPK途徑顯著富集，這可能與血管生成、內(nèi)皮增殖有關。與此同時，10x Visium技術分析顯示，一個spot中可能存在多種細胞類型。對免疫細胞（CD45+）進行富集分析，發(fā)現(xiàn)貼壁樣亞型更多地與促進免疫應答相關，腺泡狀亞型促進上皮細胞分化的同時激活代謝過程，這可能與促進腫瘤進展相關。4. 腫瘤內(nèi)皮細胞促進早期 LUAD 進展

在免疫細胞中分析免疫生物標志物的表達水平，發(fā)現(xiàn)CD8在正常組織區(qū)域中表達水平最低，在貼壁樣表達水平最高。隨著侵襲性增加，CD8表達逐漸降低。而腫瘤內(nèi)皮細胞中PD-L1表達則與免疫細胞中的CD8相反，兩者的表達水平存在顯著負相關關系，在單細胞轉(zhuǎn)錄組結果中獲得類似的結果。在LUAD的早期階段，腫瘤內(nèi)皮細胞可能有助于促進腫瘤的進展。使用10x Visium技術發(fā)現(xiàn)，貼壁樣亞型區(qū)域中CD8+ T細胞的百分比明顯高于腺泡樣亞型。使用多色免疫熒光染色技術進行驗證，發(fā)現(xiàn)貼壁樣亞型區(qū)域中內(nèi)皮細胞的PD-L1表達水平較低，CD8+ T細胞大量浸潤。而腺泡狀亞型區(qū)域中內(nèi)皮細胞則與之相反，這與DSP蛋白轉(zhuǎn)錄組結果一致。

Fig.3 內(nèi)皮細胞促進早期LUAD進展

Fig.4 貼壁樣和腺泡狀亞型中上皮細胞、內(nèi)皮細胞和免疫細胞之間的相互作用

04 主要結論

本研究利用DSP、10x Visium和10x 單細胞轉(zhuǎn)錄組測序技術對IA期LUAD患者的腫瘤和正常組織進行檢測，獲得了貼壁樣和腺泡狀亞型的特征基因集。利用特征基因集在11例患者的單細胞轉(zhuǎn)錄組結果中預測LUAD亞型百分比結果與通過目視檢查評估的臨床病理結果有一定程度的一致性。免疫細胞中CD8表達趨勢與內(nèi)皮細胞中PD-L1的表達趨勢呈負相關。腺泡狀亞型區(qū)域中CD8+  T細胞比例低于貼壁樣亞型。綜上述所，在單細胞水平評估患者的LUAD亞型是可行的，IA期表達PD-L1的腫瘤內(nèi)皮細胞會抑制免疫反應性CD8+  T細胞。

參考文獻：

Xie, Linshan et al. “Spatial transcriptomics reveals heterogeneity of histological subtypes between lepidic and acinar lung adenocarcinoma.” Clinical and translational medicine vol. 14,2 (2024): e1573.