近日，上海市復(fù)旦大學(xué)附屬中山醫(yī)院楊達偉老師課題組，在期刊Clinical and Translational Medicine上發(fā)表題為“Spatial transcriptomics reveals heterogeneity of histological subtypes between lepidic and acinar lung adenocarcinoma”的研究成果。研究團隊創(chuàng)建了一種新方法，用于精確評估IA期LUAD患者的組織學(xué)亞型，并且準確描述了LUAD貼壁樣和腺泡狀亞型之間微環(huán)境的差異，探討了內(nèi)皮細胞在早期LUAD進展中的重要性。

文章詳情

文章題目：Spatial transcriptomics reveals heterogeneity of histological subtypes between lepidic and acinar lung adenocarcinoma

中文題目：通過空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)揭示貼壁樣和腺泡狀肺腺癌之間組織學(xué)亞型異質(zhì)性

發(fā)表時間：2024.02.06

期刊名稱：Clinical and Translational Medicine

影響因子：10.6

實驗平臺：10x Genomics單細胞轉(zhuǎn)錄組測序+10x Visium空間轉(zhuǎn)錄組測序+GeoMx DSP

DOI：10.1002/ctm2.1573

01 研究背景

肺腺癌（LUAD）具有多種組織學(xué)亞型，且患者腫瘤組織中可能同時存在多種不同的亞型，需要病理學(xué)家對每個病例中不同LUAD亞型的組成進行評估。但是較高的LUAD內(nèi)部異質(zhì)性導(dǎo)致病理學(xué)家評估的可重復(fù)性有待提高。為此，本研究整合了單細胞轉(zhuǎn)錄組和空間轉(zhuǎn)錄組、空間蛋白質(zhì)組的數(shù)據(jù)，創(chuàng)建了一種新方法，用于精確評估IA期LUAD患者的組織學(xué)亞型，并試圖更準確地描述LUAD中貼壁樣組織學(xué)亞型和腺泡狀組織學(xué)亞型之間的微環(huán)境差異，探討內(nèi)皮細胞在早期LUAD進展中的重要性。

02 技術(shù)路線

為了方便各位老師快速掌握研究思路，小編繪制了文章的研究框架圖，供各位觀賞。

03 研究結(jié)果

1. 利用DSP和10x Visium技術(shù)篩選貼壁樣和腺泡狀亞型的特征基因

首先利用DSP技術(shù)對正常、貼壁樣和腺泡狀區(qū)域的上皮細胞區(qū)域（PanCK+）進行轉(zhuǎn)錄組分析和聚類，發(fā)現(xiàn)這三種區(qū)域有較高的相似性。在DSP和10x Visium的轉(zhuǎn)錄組結(jié)果中進行差異分析，獲得與正常組織相比，貼壁樣和腺泡狀亞型的特異性上調(diào)表達基因。通過將不同技術(shù)獲得的特異性上調(diào)表達基因結(jié)果取交集，分別獲得了貼壁樣和腺泡狀亞型的特征基因集。富集分析表明，貼壁樣上皮細胞在免疫反應(yīng)激活過程中顯著富集，而腺泡狀上皮細胞在促進上皮細胞遷移方面明顯富集。

Fig.1 獲取貼壁樣和腺泡狀亞型的特征基因

2. 在單細胞水平驗證特征基因并預(yù)測預(yù)后

對11例LUAD患者的腫瘤和正常組織進行單細胞轉(zhuǎn)錄組測序，并注釋為10種細胞類型。根據(jù)CNV對其中25674個腫瘤細胞進行亞型注釋，得到貼壁樣、腺泡狀和其他共三種類型（利用空間轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)中獲得的特征基因集進行注釋），并計算每個患者中這三種類型的細胞比例，發(fā)現(xiàn)利用特征基因?qū)Σ±韥喰偷念A(yù)測與病理診斷結(jié)果有一定程度的吻合。

從公共數(shù)據(jù)庫中選擇IA期患者數(shù)據(jù)進行多因素COX分析，發(fā)現(xiàn)貼壁樣高-腺泡狀低患者預(yù)后比貼壁樣低-腺泡狀高患者更好。這與腺泡狀亞型比貼壁樣亞型更具侵襲性相同。

Fig.2 貼壁樣和腺泡狀特征基因集預(yù)測組織學(xué)亞型和預(yù)后

3. 貼壁樣和腺泡狀內(nèi)皮、免疫細胞異質(zhì)性

作為腫瘤微環(huán)境的重要組成部分，內(nèi)皮細胞對腫瘤的生長起著貢獻作用。利用DSP技術(shù)的數(shù)據(jù)對內(nèi)皮細胞（CD31+）進行分析，發(fā)現(xiàn)貼壁樣內(nèi)皮細胞在調(diào)節(jié)血管生成和促進免疫細胞激活和遷移方面發(fā)揮重要作用，而腺泡狀內(nèi)皮細胞在促進凋亡方面發(fā)揮重要作用。貼壁樣內(nèi)皮細胞的GSEA顯示MAPK途徑顯著富集，這可能與血管生成、內(nèi)皮增殖有關(guān)。與此同時，10x Visium技術(shù)分析顯示，一個spot中可能存在多種細胞類型。對免疫細胞（CD45+）進行富集分析，發(fā)現(xiàn)貼壁樣亞型更多地與促進免疫應(yīng)答相關(guān)，腺泡狀亞型促進上皮細胞分化的同時激活代謝過程，這可能與促進腫瘤進展相關(guān)。4. 腫瘤內(nèi)皮細胞促進早期 LUAD 進展

在免疫細胞中分析免疫生物標志物的表達水平，發(fā)現(xiàn)CD8在正常組織區(qū)域中表達水平最低，在貼壁樣表達水平最高。隨著侵襲性增加，CD8表達逐漸降低。而腫瘤內(nèi)皮細胞中PD-L1表達則與免疫細胞中的CD8相反，兩者的表達水平存在顯著負相關(guān)關(guān)系，在單細胞轉(zhuǎn)錄組結(jié)果中獲得類似的結(jié)果。在LUAD的早期階段，腫瘤內(nèi)皮細胞可能有助于促進腫瘤的進展。使用10x Visium技術(shù)發(fā)現(xiàn)，貼壁樣亞型區(qū)域中CD8+ T細胞的百分比明顯高于腺泡樣亞型。使用多色免疫熒光染色技術(shù)進行驗證，發(fā)現(xiàn)貼壁樣亞型區(qū)域中內(nèi)皮細胞的PD-L1表達水平較低，CD8+ T細胞大量浸潤。而腺泡狀亞型區(qū)域中內(nèi)皮細胞則與之相反，這與DSP蛋白轉(zhuǎn)錄組結(jié)果一致。

Fig.3 內(nèi)皮細胞促進早期LUAD進展

Fig.4 貼壁樣和腺泡狀亞型中上皮細胞、內(nèi)皮細胞和免疫細胞之間的相互作用

04 主要結(jié)論

本研究利用DSP、10x Visium和10x 單細胞轉(zhuǎn)錄組測序技術(shù)對IA期LUAD患者的腫瘤和正常組織進行檢測，獲得了貼壁樣和腺泡狀亞型的特征基因集。利用特征基因集在11例患者的單細胞轉(zhuǎn)錄組結(jié)果中預(yù)測LUAD亞型百分比結(jié)果與通過目視檢查評估的臨床病理結(jié)果有一定程度的一致性。免疫細胞中CD8表達趨勢與內(nèi)皮細胞中PD-L1的表達趨勢呈負相關(guān)。腺泡狀亞型區(qū)域中CD8+  T細胞比例低于貼壁樣亞型。綜上述所，在單細胞水平評估患者的LUAD亞型是可行的，IA期表達PD-L1的腫瘤內(nèi)皮細胞會抑制免疫反應(yīng)性CD8+  T細胞。

參考文獻：

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.