文章标题:复发性胰腺癌和转移性胰腺癌的空间转录组学分析凸显肿瘤微环境的不均匀性
PMID: 39294496
数据分析流程：
主要内容：
（一）PDAC的空间转录组图
从13名患者中鉴定了39个样本，包括匹配的原发PDAC肿瘤、相应的肝转移灶、三个正常邻近胰腺组织、三个邻近正常肝脏组织和七个转移性淋巴结（补充表1）。经过质量控制和丢弃低质量样本后，我们从30个样本的队列中生成了ST图谱：10个原始PDAC肿瘤、3个正常胰腺、12个匹配的肝转移瘤和5个匹配的淋巴结转移瘤，以及邻近的正常肝脏和淋巴结组织。
（二）胰腺癌的空间结构
通过MISTY 评估intra-spot, juxta view 和 para view区域内主要细胞类型的丰度。发现肌成纤维细胞CAF（myCAF）与肿瘤细胞并置，而炎性CAF位于远端。内皮细胞和血管周围样成纤维细胞共存反映了血管系统之间的相互依赖性-相关的细胞类型及其在PDAC生物学中跨解剖位置的意义。有趣的是，具有相反功能的TAM亚型，例如炎性FCN 1+和免疫抑制性SPP1+和C1Q+表型，共定位于肿瘤内，证实了具有免疫刺激和免疫抑制作用的TAM可以在同一TME中共存的发现。
通过ISCHIA识别出十个异源组成集群（CC），称其为“空间生态型”。 其中生态型CC 10均匀分布在正常胰腺实质中，而生态型CC 6和CC 9分别定位于邻近的非肿瘤性肝脏和淋巴结。
通过对比空间转录组中细胞类型以及空间生态型的变化，发现两种生态型CC 1和CC 5主要富集CAF以及肿瘤细胞和各种免疫亚群，通过详细的病理学评估，揭示了CAF富集生态型之间的关键差异（CC 1和CC 5），包括基质结构、CAF富集以及肿瘤和免疫细胞组成。与CC 5相比，CC 1表现出显著致密的基质结构，myCAF的浸润程度更高。与CC 3生态型相比，CC 2生态型具有显著富集的TAM、T细胞浸润。此外，我们观察到两种免疫细胞优势的生态型，CC 7和CC 8，表现出不同的骨髓-淋巴比，具有较小比例的肿瘤和基质细胞。混合生态型CC 4含有肿瘤细胞和CAF。
（三）胰腺癌生态系统的结构变化
我们观察到原发性PDAC和其转移部位之间7种肿瘤相关空间生态型中的5种的不同富集模式。原发性胰腺肿瘤以促结缔组织增生和缺氧性纤维化小生境为主（CC 1和CC 5）富含丰富的细胞外基质沉积和主要由myCAF、血管周样成纤维细胞和免疫抑制性免疫细胞（特别是调节性T细胞）占据的致密基质区室（Treg细胞）和TAM。富集分析显示，在这些生态型中，EMT相关的信号、血管生成和凝血细胞对缺氧应激的适应性上调。与CC 2和CC 3生态型相比，CD 4+辅助性T细胞、CD 8+细胞毒性T细胞、TH 2细胞富集和检查点抑制上调。
相反，转移富集型（CC 2和CC 3）表现出不同的表型，其特征在于具有减少的CAF浸润的较低促纤维增生基质和更增殖的表型，如增殖途径包括E2 F、MYC和G2 M检查点途径的激活。这些生态型反映了最近在具有低结缔组织增生的原发性PDAC肿瘤中鉴定的代谢活性亚型，表现出高糖酵解活性19。此外，转移富集的生态型显示TP 53的致癌激活、炎症反应和PI 3 K-AKT-mTOR通路。PI 3 K-AKT信号传导可以与MYC协同作用以驱动糖酵解，刺激高度增殖的转移细胞的生物合成需求。
（四）胰腺癌的代谢重建和脆弱性
通过单细胞通量估计分析神经网络模型（single-cell flux estimation analysis neural network model）发现，原发肿瘤富集生态型（CC 1）显示糖酵解和戊糖通量减少，沿着对谷氨酰胺的依赖性增加，核苷酸合成中断。相比之下，CC 5（另一种原发性肿瘤富集生态型）表现出三羧酸循环活性明显降低，表明线粒体功能受损，尽管糖酵解流保持完整。CC 5表现出糖蛋白组装受损，可能损害其分泌和信号传导。
与此相反，转移富集的空间生态型（CC3）表现出糖酵解活性和戊糖通量的增加以及氨基酸和聚糖合成的增加，尽管CC4和CC5两种空间生态类型都显示出代谢的改变，但CC4显示出广泛的中心碳限制，而CC5显示出更有针对性的生物合成限制。CC4通过关键代谢途径（如糖酵解和三羧酸循环）的通量减弱，表明中心碳代谢受损。
（五）空间转录组肿瘤边界免疫景观
与正常胰腺样本相比，原发性和转移性PDAC样本的检查显示，免疫细胞浸润显著增加。具体地，在肿瘤块和相邻正常组织之间的边界区观察到在转移性病变中富集的免疫原性CC 7生态型，与侵袭性肿瘤前沿对齐。H&E染色显示密集免疫细胞浸润区域呈蓝色，高倍放大（×400）分析显示细胞外基质沉积，含有明显的成纤维细胞，炎症细胞和癌细胞。
侵袭（CC 7生态型）肿瘤边缘表现出内皮活化、EMT、血管生成和显著高水平的myCAF和炎性CAF、M1样和M2样巨噬细胞以及Treg细胞、CD 8+细胞毒性T细胞、TH 1、TH 2和自然杀伤细胞的富集。免疫组织化学证实了在侵袭性前沿存在CD 4 + T细胞、CD 8 + T细胞和巨噬细胞，尤其是M2样细胞。为了探索CC 7中TME的相互关联性，我们进行了共现分析，并注意到肿瘤、基质细胞和免疫细胞之间复杂的相互联系。更重要的是，促肿瘤和抗肿瘤细胞类型的共同出现。例如， IL-1B单核细胞、FCN 1 + TAM和C1 Q + TAM表现出强烈的共现性。此外，不同T细胞亚群的相互联系，如CD 8 + T细胞，这表明肿瘤促进因子（如TAM）和肿瘤抑制因子之间存在复杂的相互作用。抑制因子如CC 7生态型中的效应T细胞。
总结
方法：RCTD + MistyR + ISCHIA + single-cell flux + NicheDE + 空间生态位
代码链接：https://github.com/Masood-Lab/PDAC_Mets
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