CosMx SMI与10x Visium空间技术联合：揭示HGSOC亚克隆的高度异质性

卵巢癌是一种常见的妇科恶性肿瘤，高级别浆液性卵巢癌（HGSOC）是其中最常见的类型，具有高度异质性，与肿瘤复发、化疗耐药和预后差等问题密切相关。本研究利用CosMx SMI 和10x Visium 空间技术联合分析，在单个肿瘤切片中发现了多个具有不同的拷贝数变异的亚群，与免疫细胞群体、成纤维细胞和内皮细胞存在不同的相互作用。利用细胞间通讯分析，进一步确定了亚群特异性信号到基质和免疫细胞的信号通路，以及多个亚群特异性的自分泌环路。

一、文章详情

文章题目：Spatial transcriptomics reveals discrete tumour microenvironments and autocrine loops within ovarian cancer subclones

发表时间：2024.04

期刊名称：Nature Communications

影响因子：16.5

实验平台：CosMx SMI；10x Visium

DOI：

https://doi.org/10.1038/s41467-024-47271-y

二、研究内容

1、10x Visium 技术确定HGSOC空间基因表达、细胞构成及肿瘤亚克隆

首先通过10x Visium 空间转录组技术，分析8例患者原发肿瘤组织的空间基因表达特征，并联合单细胞数据集，采用RCTD反卷积方法，确定了细胞组成和微环境。肿瘤细胞权重高的细胞类型与B/浆细胞、成纤维细胞和巨噬细胞权重高的细胞类型存在明显的相互作用。并且在样本间和样本内，非恶性细胞类型在空间分布均表现出显著的异质性。使用inferCNV预测每个spot中拷贝数改变（CNAs），并将相似的CNA聚类，发现单个肿瘤切片中存在多个具有不同拷贝数变化的肿瘤亚克隆。

Fig.1  HGSOC空间基因表达及细胞分布

Fig.2  HGSOC肿瘤亚克隆

2、CosMx SMI 单细胞分辨率的空间转录组学

研究者使用CosMx SMI技术，在单细胞分辨率下对基因表达进行空间检测，鉴定了12个不同的细胞群（2个肿瘤细胞群，4个巨噬细胞群、T细胞群、2个浆细胞群、成纤维细胞群、内皮细胞群和上皮细胞群）。SMI细胞空间原位展示发现，高表达HGSOC肿瘤细胞标记物的肿瘤细胞簇与Visium数据中P5.1和P5.2在组织位置上相同，并且这两个群存在多个差异表达的基因，也验证了Visium分析中对相应组织区域的不同肿瘤亚克隆的预测。

Fig.3 CosMx SMI细胞原位展示

3、单细胞分辨率空间技术解析亚克隆微环境

利用CosMx SMI数据，进一步研究在患者5中发现的亚克隆是否与不同的非恶性细胞类型相关。首先使用邻域分析来确定PIGR+和PTGS1+肿瘤细胞的局部邻域中每种细胞类型的比例，区分直接接触肿瘤克隆的细胞、局部生态位中的细胞以及距离更远的细胞。结果显示，最常见的邻域细胞对为CCL5+T细胞和COL3A1+成纤维细胞；CXCL9+巨噬细胞普遍与肿瘤细胞相邻。接下来，研究者进一步通过细胞通讯分析，确定了患者5中PIGR+和PTGS1+亚克隆中高表达配受体，以及这些配体和受体表达水平的亚克隆特异性差异与肿瘤微环境中表达同源受体和配体的细胞的相互作用机制。

Fig.4 亚克隆微环境中细胞通讯分析

小结

本研究通过10x Visium 空间转录组技术，首先在单个肿瘤切片中发现了多个具有不同的拷贝数变异的亚群，与免疫细胞群体、成纤维细胞和内皮细胞存在不同的相互作用。利用细胞通讯分析确定了基质和免疫细胞的信号通路，以及多个亚群特异性的自分泌环路。利用单细胞分辨率空间组学CosMx SMI技术，在空间原位展示了高表达HGSOC肿瘤细胞标记物的肿瘤细胞分布，并且进行了基因差异分析，不仅验证了Visium分析中对相应组织区域的不同肿瘤亚克隆的预测，还弥补低分辨率Visium数据所忽视的一些信息。