文献解读 | DSP+组织芯片：剖析肌层浸润性膀胱癌微环境

近日，曼彻斯特大学研究团队在《Communications Biology》上发表了题目为“Digital spatial profiling of the microenvironment of muscle invasive bladder cancer”的文章，研究人员利用DSP技术生成了第一个膀胱癌（MIBC）的全转录组空间数据集，其中包含对肿瘤、基质和免疫浸润区域的检测，为了解膀胱癌疾病的分子亚型提供了见解。基于DSP原位信息，研究人员开发了一种新的配体-受体信号传导的分析方法，这为在分子水平上理解MIBC的多样性提供了新的见解。

01 主要结论

1. 基于DSP数据集分析MIBC中肿瘤、基质和免疫浸润区域的基因表达及细胞类型

利用GeoMx数字空间剖析（DSP）方法对膀胱癌组织芯片（TMA）进行转录组空间分析。分割出肿瘤（Pan-CK阳性）、基质（Pan-CK阴性）和免疫浸润（Pan-CK阳性和CD45阳性）ROIs。使用UMAP降维技术、火山图、IPA分析、以及空间去卷积分析对肿瘤、基质、免疫浸润区域进行转录组特征分析，以及各区域的细胞类型和信号通路特征研究，得到了以下主要结果：

1) 肿瘤ROIs富含参与翻译和 EIF2 信号传导相关的基因；免疫浸润ROIs富含与免疫和炎症相关的通路，并且与IL4、TNF和STAT3等炎症相关调节因子的激活一致。

2) 肿瘤ROIs富含恶性和尿路上皮细胞，基质ROIs主要由肌纤维相关的癌症相关成纤维细胞组成，其中B细胞是基质内最丰富的免疫群体，T细胞和巨噬细胞的比例在基质ROIs之间有所不同。

3) 基底亚型富含KRT5和中性粒细胞脱颗粒、干扰素和HIF1a信号通路，混合亚型富含GATA3和PPARα调控的脂质代谢相关基因。

2. 利用DSP开发配体-受体信号分析方法揭示MIBC中的信号传导网络

配体-受体信号分析方法：在肿瘤中，配体从一个区域分泌出来，激活邻近区域中的受体，这些受体随后激活信号通路和转录因子，最终导致目标基因的表达。使用NicheNet（一种为单细胞数据开发的配体-受体分析方法），生成DSP数据集中所有配体-受体对的数据库。计算所有配体及其目标基因在发送区和接收区之间的Pearson相关系数，以平均Pearson相关系数（r ≥ 0.2）作为活跃配体信号的度量。

通过该方法首次原位鉴定了膀胱癌中的活性配体信号网络，识别出15种从基质发出的配体，以及19种源自肿瘤区域的配体，它们分别激活了基质或肿瘤中的目标基因。配体靶标的基因集富集表明：1）基质靶标富含参与ECM组织和分解的基因，包括基质金属蛋白酶 MMP2。2）肿瘤靶标富含参与细胞增殖、G1/S转换和抑制细胞凋亡的基因。这些数据表明，肿瘤靶向配体促进细胞生长和存活，而基质靶向配体促进ECM的重组和分解。通过配体表达与细胞比例相关联，发现B细胞、内皮细胞和MyoCAFs 比例与一系列活性配体相关，表明它们可能是MIBC中配体信号传导的主要来源。

配体-受体信号传导确定了九种活性配体，它们从免疫浸润ROI向相邻的肿瘤ROI发出信号。活性水平较高的配体是GPNMB和SERPINE1，可以激活VEGFA的表达，免疫荧光染色也证实了这一点。基因集富集确定了参与免疫反应和应激反应的基因，以及血管生成和缺氧相关基因。通过NicheNet包推断SERPINE1最可能的信号通路是通过LRP1受体实现，通过SRC和SHC1发出信号，而GPNMB最可能通过EGFR、STAT3和HIF1A发出信号。GPNMB是一种糖蛋白，已被证明可以促进多种癌症类型的侵袭性，配体-受体分析以及基因富集分析表明GPNMB可能在刺激基底肿瘤的血管生成中发挥作用。