SMI技術揭示Repeat RNA在人體胰腺癌中擾亂細胞可塑性

 
題目：Repeat RNA在人體胰腺癌中擾亂細胞可塑性
期刊：Cell
IF：45.5

文章背景

胰腺導管腺癌（PDAC）是一種致命的癌癥，具有顯著的腫瘤內異質性。Repeat RNA是由基因組中大量重復序列轉錄而來的RNA�；�因組中有許多重復的非編碼區(qū)域，這些區(qū)域可以分為不同的類別，如衛(wèi)星重復序列（如HSATII）、長散在核元件（LINE-1）和內源性逆轉錄病毒（HERV）等。Repeat RNA通常來源于這些重復序列的轉錄活動，盡管它們在過去被認為是“基因組噪音”或無功能的部分，近年來它們被發(fā)現可能在多種生物學過程中發(fā)揮作用，尤其在疾病背景下。

技術平臺

文章使用NanoString CosMx SMI單細胞空間分子成像平臺，揭示了胰腺癌細胞及其周圍微環(huán)境中的repeat RNA表達及特征。研究使用了來自46名PDAC患者的組織樣本，具體包括三例固定的石蠟包埋組織（FFPE）和四個組織芯片（TMA），結合自定義的repeat RNA探針和1000種RNA panel，覆蓋了多種細胞類型。

文章研究思路

 
文章結論

1. 多種repeat RNA在PDAC腫瘤細胞和周圍微環(huán)境中的空間分布

使用SMI單細胞空間分子成像平臺揭示了repeat RNA和編碼RNA在胰腺癌細胞及其微環(huán)境中的分布情況。采用UMAP降維分析展示不同細胞類型的聚類，包括癌細胞、成纖維細胞、免疫細胞等多種細胞類型。細胞類型的空間定位表明PDAC的腫瘤微環(huán)境具有高度異質性。測量不同細胞類型的repeat RNA的平均表達水平發(fā)現癌細胞的repeat RNA表達最高，特別是LINE-1、HSATII、HERV-K和HERV-H等，其他細胞類型（如成纖維細胞和免疫細胞）雖然也有repeat RNA表達，但水平較低。

對 PDAC TME 不同細胞類型中repeat RNA表達譜的空間轉錄組分析

 
2. Repeat RNA表達對癌細胞和CAF的影響

將癌細胞按照LINE-1 ORF1（repeat RNA）表達水平分為高表達組和低表達組，進行差異基因表達分析。高LINE-1 ORF1表達的癌細胞表現出角蛋白（KRT）基因表達下降、炎癥基因（如IFNAR2、IL10）表達增加，呈現出去上皮化和增強的炎癥反應。CAF、巨噬細胞、內皮細胞等類型中，repeat RNA的高表達也與炎癥基因上調相關，表明其不僅影響癌細胞，也顯著改變腫瘤微環(huán)境。進一步分析發(fā)現，CAF的基因表達與其距離癌細胞的遠近高度相關，特別是在距離癌細胞20-50微米范圍內表現出最強效應。Repeat RNA的持續(xù)正效應表明其可能通過細胞間傳遞影響CAF的狀態(tài)。COL3A1基因主要在CAF細胞中高表達，而在癌細胞中幾乎不可檢測。相反，repeat RNA的表達在CAF和癌細胞中均較高，這表明repeat RNA可能通過PDAC細胞向CAF傳遞。

高LINE-1 ORF1表達對癌細胞和CAF的影響

 
3. Repeat RNA調控CAF亞型轉變及其空間分布

COL3A1基因在CAF細胞中高表達，特別是在myCAF中，而LINE-1 ORF1在iCAF和混合狀態(tài)的CAF中較高，表明repeat RNA在CAF由myCAF向iCAF轉變過程中起到調控作用。myCAF基因在靠近癌細胞時呈現正效應，而iCAF基因則呈負效應。myCAF和iCAF在距離癌細胞較近時，LINE-1 ORF1表達更高，暗示其表達可能由癌細胞誘導。在靠近癌細胞的區(qū)域，myCAF的LINE-1 ORF1表達顯著降低，表明CAF的狀態(tài)發(fā)生了轉變。

多種repeat RNA影響CAFs中的細胞可塑性反應

 
4. 含有repeat RNA的細胞外囊泡（EVs）會引起PDAC和CAF狀態(tài)的失調

PDAC來源的EVs富含多種repeat RNA，包括HSATII、HERV-K和LINE-1。這些EVs被轉移到CAF和PDAC細胞后，激活了I型干擾素反應，引發(fā)了強烈的炎癥反應。EVs的傳遞還導致CAF表型發(fā)生顯著轉變，myCAF逐漸轉變?yōu)檠装Y性CAF（iCAF），表現為myCAF基因（ACTA2、TAGLN）表達減少，而iCAF基因（IL6、IL11）的表達顯著增加。同時，PDAC細胞也經歷了由上皮狀態(tài)向間質狀態(tài)的轉變。進一步研究通過使用抗體阻斷EV攝取，顯著抑制I型干擾素和iCAF標志基因的表達，并恢復myCAF基因的表達，證明EV是repeat RNA在細胞間傳遞的主要載體。此外，CAF暴露于PDAC來源的EV后會分泌更多的EV，這些EV可能進一步傳遞repeat RNA，影響PDAC細胞的上皮-間質轉化，形成細胞間的正反饋環(huán)路。

EVs在PDAC和CAF細胞之間傳遞repeat RNA

 
5. Repeat RNA在胰腺癌微環(huán)境中通過調控CAF和PDAC促進細胞狀態(tài)變化的重要機制

Repeat RNA通過直接作用于CAF促使其表型轉變。轉染HSATII和HERV-K repeat RNA至PDAC細胞后，觀察到I型干擾素和EMT相關基因的顯著變化，表明repeat RNA能夠促進PDAC細胞的EMT，從而推動癌細胞的侵襲性和異質性。IRF3作為repeat RNA誘導的I型干擾素反應的核心調控因子，在PDAC細胞和CAF中激活后，分別促進了細胞的EMT和CAF表型轉變。IRF3的抑制導致了repeat RNA誘導的這些狀態(tài)變化的顯著減少。Repeat RNA通過細胞外囊泡介導細胞間信號傳遞，含有repeat RNA的EVs能夠在PDAC微環(huán)境中通過轉遞信號誘導健康胰腺細胞發(fā)生EMT，進一步增強了腫瘤的侵襲性。

Repeat RNA在癌癥發(fā)展中的關鍵作用

 
總結

這篇文章通過SMI單細胞空間轉錄組技術揭示了repeat RNA在PDAC中的重要作用，闡明了其如何通過干擾素反應影響癌細胞和腫瘤微環(huán)境中的其他細胞。研究發(fā)現，repeat RNA在癌細胞和CAF中高度表達，促使細胞狀態(tài)發(fā)生顯著變化，特別是推動癌細胞發(fā)生上皮-間質轉化（EMT）和CAF從成肌纖維表型（myCAF）向炎癥性表型（iCAF）轉變。細胞外囊泡EVs被確認是repeat RNA在細胞間傳遞的關鍵載體，進一步加劇了細胞狀態(tài)的失調。通過抑制IRF3等關鍵信號分子，研究證明了repeat RNA驅動的干擾素反應在PDAC中的核心調控作用。此外，實驗表明repeat RNA在健康細胞中也能引發(fā)EMT，推動腫瘤的擴散和侵襲性。整體而言，該研究揭示了repeat RNA在胰腺癌中的致病機制，為PDAC的治療提供了新的治療靶點和潛在的干預策略。