文献分享---肿瘤微环境的空间解析基因表达谱揭示肺腺癌发展的关键步骤(scRNA + visium + xenium)

作者,Evil Genius

生物信息,生物在前,技术为生物认知服务,所谓生信人员,要经常看文献,总结经验,学以致用,光会分析没有用,要和课题,生物研究相结合才行。

今日参考文献

肿瘤细胞与其微环境的相互作用被认为是肿瘤发生发展的关键因素。

知识积累

肿瘤细胞可以表现出显著的转录组多样性,这取决于它们的位置和环境。
肿瘤细胞由于其所处的环境而不断暴露于各种压力下,这种环境由各种类型的细胞组成,如肿瘤浸润性白细胞和癌症相关成纤维细胞。
人体通过免疫细胞攻击清除肿瘤细胞,实际上,在肿瘤组织中观察到一种局部免疫细胞结构,称为三级淋巴细胞结构(TLSs),由细胞毒性T细胞(CTLs)、活化B细胞和其他免疫细胞组成。
肿瘤细胞通过改变其转录程序来适应局部肿瘤微环境(TME)中的生态位,从而在这些不良事件中存活下来。
肿瘤细胞在发展过程中也具有生理可塑性,这意味着它们对氧气或营养供应的依赖更少,使它们更适合进一步扩张和转移。

研究设计

30例肺腺癌(8例IA和22例AIS/MIA)进行了空间组学分析
对8例具有EGFR或KRAS驱动突变的IA患者的16个组织切片进行了Visium空间转录组测序
EGFR和KRAS是肺腺癌最重要的两个驱动基因,占病例的很大比例。

LUAD (KRAS突变,黏液癌)的空间扩张模式

肿瘤细胞在越过免疫细胞区域定义的边界时显示出基因表达模式的剧烈变化,这些区域以“流”的形式出现。
HNF4A是胃肠道上皮的关键转录因子,这表明肿瘤细胞可能在该区域转分化。
随着肿瘤细胞向右端区转移,肿瘤细胞出现了新的转录和表型特征。在末端区,不再检测到保护性粘蛋白表达,肿瘤细胞表现出高增殖标记。
分析表明:初始边界区域的肿瘤细胞已经开始对免疫细胞产生抑制反应。可能是诱导粘蛋白的表达来保护肿瘤细胞免受免疫细胞的攻击。此外,我们还发现这个区域的肿瘤细胞开始向更恶性的状态进化。

LUAD(EGFR突变,非黏液性癌)的空间表达

其区域结构更为复杂
在肿瘤细胞从该区域向其他区域扩展的过程中,肿瘤细胞表现出更恶性的表达模式,如TNC和TGFBI等恶性标记物的高表达水平,以及FOS和WEE1等活跃的增殖标记物的高表达水平。
Visium分析的分辨率不足以分析个体免疫细胞的详细分布模式及其与肿瘤细胞的相互作用。
肿瘤细胞状态和TME的这种异质性可能导致患者对免疫治疗的总体无效反应和耐药性。

Diverse TMEs and tumor cells in the same block of LUAD(EGFR突变,非黏液性癌)

在肿瘤细胞可能起源的几个位置发现了间隙,这意味着向这个方向迁移的癌细胞被免疫细胞杀死了。
当肿瘤细胞扩散到成纤维细胞区时,它们可能已经发展出了控制与成纤维细胞相互作用的能力。这种能力将进一步用于将免疫细胞从肿瘤细胞中排除,从而可能使癌症进一步扩散。

在目前的情况下,对该患者的化学治疗是酪氨酸激酶抑制剂或ICB。然而,这一决定主要是基于基因组突变信息做出的,尽管它们的预期效果即使在这个小区域(6.5平方毫米宽)内也会有所不同。为了制定针对此类病例的治疗策略,最好考虑转录组学特征及其异质性。

Cross-case or section scoring of tumor cells and surrounding cells in IA cases

Mutual associations of the local profiles

Visium轨迹分析确定的推断癌症进展途径纳入上述TME评分.
肿瘤细胞只有在免疫细胞攻击时发生表型变化才能生长。

IA病例单细胞水平TME的验证分析

Xenium对5个标本进行了原位基因表达分析
Xenium的精细分辨率分析显示,表达NKX2-1或HNF4A的细胞以互斥的方式彼此相邻
为了补充Xenium分析中检测到的有限数量的基因,我们对Visium数据进行了无参比细胞型反卷积.

肿瘤进展早期TME状态的研究

在早期腺癌中,炎症免疫亚群仍然可以浸润恶性区域,免疫细胞有效抑制肿瘤细胞的增殖和扩张。肿瘤细胞通过最初的屏障继续向外扩张进入空白空间,在那里它们面临更严厉的免疫细胞攻击.在早期和侵袭阶段,通过诱导癌细胞基因表达的剧烈变化,与免疫细胞的相互作用在决定癌细胞的命运中起着关键作用.

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