【客户文章】空间转录组学揭示贴壁样和腺泡状肺腺癌之间组织学亚型异质性
近日，上海市复旦大学附属中山医院杨达伟老师课题组，在期刊Clinical and Translational Medicine上发表题为“Spatial transcriptomics reveals heterogeneity of histological subtypes between lepidic and acinar lung adenocarcinoma”的研究成果。研究团队创建了一种新方法，用于精确评估IA期LUAD患者的组织学亚型，并且准确描述了LUAD贴壁样和腺泡状亚型之间微环境的差异，探讨了内皮细胞在早期LUAD进展中的重要性。
文章详情
文章题目：Spatial transcriptomics reveals heterogeneity of histological subtypes between lepidic and acinar lung adenocarcinoma
中文题目：通过空间转录组学揭示贴壁样和腺泡状肺腺癌之间组织学亚型异质性
发表时间：2024.02.06
期刊名称：Clinical and Translational Medicine
影响因子：10.6
实验平台：10x Genomics单细胞转录组测序+10x Visium空间转录组测序+GeoMx DSP
DOI：10.1002/ctm2.1573
01 研究背景
肺腺癌（LUAD）具有多种组织学亚型，且患者肿瘤组织中可能同时存在多种不同的亚型，需要病理学家对每个病例中不同LUAD亚型的组成进行评估。但是较高的LUAD内部异质性导致病理学家评估的可重复性有待提高。为此，本研究整合了单细胞转录组和空间转录组、空间蛋白质组的数据，创建了一种新方法，用于精确评估IA期LUAD患者的组织学亚型，并试图更准确地描述LUAD中贴壁样组织学亚型和腺泡状组织学亚型之间的微环境差异，探讨内皮细胞在早期LUAD进展中的重要性。
02 技术路线
为了方便各位老师快速掌握研究思路，小编绘制了文章的研究框架图，供各位观赏。
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03 研究结果
1. 利用DSP和10x Visium技术筛选贴壁样和腺泡状亚型的特征基因
首先利用DSP技术对正常、贴壁样和腺泡状区域的上皮细胞区域（PanCK+）进行转录组分析和聚类，发现这三种区域有较高的相似性。在DSP和10x Visium的转录组结果中进行差异分析，获得与正常组织相比，贴壁样和腺泡状亚型的特异性上调表达基因。通过将不同技术获得的特异性上调表达基因结果取交集，分别获得了贴壁样和腺泡状亚型的特征基因集。富集分析表明，贴壁样上皮细胞在免疫反应激活过程中显著富集，而腺泡状上皮细胞在促进上皮细胞迁移方面明显富集。
Fig.1 获取贴壁样和腺泡状亚型的特征基因
2. 在单细胞水平验证特征基因并预测预后
对11例LUAD患者的肿瘤和正常组织进行单细胞转录组测序，并注释为10种细胞类型。根据CNV对其中25674个肿瘤细胞进行亚型注释，得到贴壁样、腺泡状和其他共三种类型（利用空间转录组数据中获得的特征基因集进行注释），并计算每个患者中这三种类型的细胞比例，发现利用特征基因对病理亚型的预测与病理诊断结果有一定程度的吻合。
从公共数据库中选择IA期患者数据进行多因素COX分析，发现贴壁样高-腺泡状低患者预后比贴壁样低-腺泡状高患者更好。这与腺泡状亚型比贴壁样亚型更具侵袭性相同。
Fig.2 贴壁样和腺泡状特征基因集预测组织学亚型和预后
3. 贴壁样和腺泡状内皮、免疫细胞异质性
作为肿瘤微环境的重要组成部分，内皮细胞对肿瘤的生长起着贡献作用。利用DSP技术的数据对内皮细胞（CD31+）进行分析，发现贴壁样内皮细胞在调节血管生成和促进免疫细胞激活和迁移方面发挥重要作用，而腺泡状内皮细胞在促进凋亡方面发挥重要作用。贴壁样内皮细胞的GSEA显示MAPK途径显著富集，这可能与血管生成、内皮增殖有关。与此同时，10x Visium技术分析显示，一个spot中可能存在多种细胞类型。对免疫细胞（CD45+）进行富集分析，发现贴壁样亚型更多地与促进免疫应答相关，腺泡状亚型促进上皮细胞分化的同时激活代谢过程，这可能与促进肿瘤进展相关。4. 肿瘤内皮细胞促进早期 LUAD 进展
在免疫细胞中分析免疫生物标志物的表达水平，发现CD8在正常组织区域中表达水平最低，在贴壁样表达水平最高。随着侵袭性增加，CD8表达逐渐降低。而肿瘤内皮细胞中PD-L1表达则与免疫细胞中的CD8相反，两者的表达水平存在显著负相关关系，在单细胞转录组结果中获得类似的结果。在LUAD的早期阶段，肿瘤内皮细胞可能有助于促进肿瘤的进展。使用10x Visium技术发现，贴壁样亚型区域中CD8+ T细胞的百分比明显高于腺泡样亚型。使用多色免疫荧光染色技术进行验证，发现贴壁样亚型区域中内皮细胞的PD-L1表达水平较低，CD8+ T细胞大量浸润。而腺泡状亚型区域中内皮细胞则与之相反，这与DSP蛋白转录组结果一致。
Fig.3 内皮细胞促进早期LUAD进展
Fig.4 贴壁样和腺泡状亚型中上皮细胞、内皮细胞和免疫细胞之间的相互作用
04 主要结论
本研究利用DSP、10x Visium和10x 单细胞转录组测序技术对IA期LUAD患者的肿瘤和正常组织进行检测，获得了贴壁样和腺泡状亚型的特征基因集。利用特征基因集在11例患者的单细胞转录组结果中预测LUAD亚型百分比结果与通过目视检查评估的临床病理结果有一定程度的一致性。免疫细胞中CD8表达趋势与内皮细胞中PD-L1的表达趋势呈负相关。腺泡状亚型区域中CD8+ T细胞比例低于贴壁样亚型。综上述所，在单细胞水平评估患者的LUAD亚型是可行的，IA期表达PD-L1的肿瘤内皮细胞会抑制免疫反应性CD8+ T细胞。
参考文献：
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.
