文献分享--整合的单细胞和空间转录组学揭示了参与胰腺癌神经侵袭的

2025-07-21  本文已影响0人  单细胞空间交响乐

作者，Evil Genius

今天我们分享文献

知识积累

神经系统作为器官发育、组织稳态和免疫功能的全身调节器，在整个生命过程中成为肿瘤-宿主相互作用的关键组成部分。
结合了sc/snRNA-seq、单细胞T细胞受体测序（scTCR-seq）、ST和多重IHC（mIHC）来描绘PDAC的单细胞和空间分辨图谱。分析揭示了高NI（neural invasion）和低NI（neural invasion）组织之间的细胞组成差异。

结果1、具有低/高神经侵袭状态的人PDAC组织的多组学分析

13个新鲜肿瘤组织、8个相邻正常组织和12个外周血样本进行scRNA-seq和scTCR-seq，使用10X Visium平台对16个代表性FFPE肿瘤样品和5个冷冻肿瘤组织进行ST分析。

结果2、具有不同转录组学和形态学特征的恶性亚群表现出不同的侵袭潜力

PDAC恶性细胞在基因突变、转录程序和组织病理学特征方面表现出显著的异质性。
恶性导管细胞的划分，首先，对所有导管细胞进行了无监督聚类分析。其中D01_Ductal-CFTR亚群特异性高表达非恶性导管细胞标志基因（如外分泌标记物CFTR），提示其具有正常导管功能。通过大规模染色体拷贝数变异（CNV）推断，发现D01_Ductal-CFTR的CNV水平显著偏低，表明其基因组特征正常。相比之下，其他亚群均呈现不同程度的CNV，证实了它们的肿瘤属性。
PDAC分子分型系统目前已基于"经典型（classical）"和"基底样型（basal-like）"亚型建立。将聚类结果与已发表的亚型特征基因集进行比对，发现D09_Ductal-CEACAM6呈现"基底样型"特征，而D08_Ductal-CEACAM5则显示"经典型"特征。D04_Ductal-GABRP和D05_Ductal-PRSS1同时表达经典型与基底样型特征基因，故被归类为"中间型"。值得注意的是，D02_Ductal-APOA2的基因表达模式与最新报道的神经内分泌样特征高度重合。
为探究分子亚型与形态学特征的关联，对空间转录组（ST）数据进行反卷积分析，定位恶性导管亚型占比超过80%的区域。D08_Ductal-CEACAM5表现为典型的管状或拉长腺体形态，符合"经典型"组织学特征；D09_Ductal-CEACAM6则由非腺体样排列的多形性大细胞构成，呈现基底细胞样特征；"中间型"亚型表现为边界不清的腺体结构，伴有显著核异型的未分化细胞；D02_Ductal-APOA2则独具神经内分泌分化特征——丰富的嗜酸性胞浆、圆形规则核仁不明显的细胞核。这种分子特征与形态学表现的高度一致性，进一步验证了聚类分析的合理性。
为探究恶性亚群与神经浸润（NI）特性的相关性，采用比值比（odds ratio）进行分析。结果显示D02_Ductal-APOA2特异性富集于低NI组，而多个亚型在高NI组中显著增多。空间转录组（ST）分析同样证实：富含D02_Ductal-APOA2神经内分泌样细胞的Malignant_ductal_4生态位在低NI组中更普遍。该亚群神经输入信号及其受体表达水平较低，提示其低侵袭性可能不依赖于自主神经信号传导。
相反，D02_Ductal-APOA2特异性高表达APOA2、APOA1、ALB等脂代谢相关基因，并富集脂蛋白颗粒重塑、胆固醇稳态和类固醇代谢等通路，表明其具有活跃的胆固醇代谢和潜在类固醇合成能力，这与其神经内分泌样特征相符。既往研究显示，胆固醇耗竭可使腺泡型胰腺癌向基底样表型转化并激活上皮-间质转化（EMT），提示脂代谢紊乱与PDAC转移相关。与此一致，D02_Ductal-APOA2表现出较低的EMT评分，但其具体机制仍需进一步验证。
在高NI组中，恶性亚群的多样性低于低NI组。值得注意的是，13例高NI组织中的优势亚型同时包含"基底样型"、"中间型"和"经典型"。为解析其与浸润神经的空间关系，分析了神经侵袭前沿（1-5个spot距离内）的亚群分布。结果显示，D09_Ductal-CEACAM6和D04_Ductal-GABRP在紧邻神经（1个spot距离内）的区域出现频率最高。
D09_Ductal-CEACAM6显著富集整合素信号通路、细胞迁移和粘附依赖性细胞铺展等通路，并具有最高EMT评分。与之相符，该亚群中WNT信号通路（已知参与EMT调控）显著激活。同时，编码细胞外基质（ECM）降解蛋白酶CTSA和CTSB的基因在该亚群中上调。这些发现提示，D09_Ductal-CEACAM6可能通过增强组织基质穿透能力促进神经浸润。
研究表明，尽管D09_Ductal-CEACAM6和D04_Ductal-GABRP在转录组学和形态学特征上存在差异，但两者均表现出显著的神经浸润倾向。这提示肿瘤细胞可能通过不同的侵袭策略适应特定的微环境：

结果3、低NI和高NI TME之间细胞组成的变化

分析低NI和高NI TME之间的免疫和基质细胞变化，结合观察到的细胞数与预期细胞数的比率（Ro/e）、milloR和非参数统计分析。在免疫细胞区室中，低NI肿瘤组织显示出B03_GCB-RGS13（生发中心B细胞）、B06_plasmablasts-MKI67（增殖性浆母细胞）和B05_PlasmaB-IgG（IgG型浆细胞）的比例显著升高。鉴于生发中心B细胞主要定位于三级淋巴结构（TLS）并可在TLS内分化为浆细胞，推测低NI PDAC组织可能具有更丰富的TLS。空间转录组数据证实了这一假设：构成TLS的核心细胞组分——包括B01_naive-TCL1A（初始B细胞）、B03_GCB-RGS13和T10_CD4_Tfh-like_CXCL13（滤泡辅助性T样细胞）在低NI组织中比例更高。
通过空间生态位的主成分分析（PCA），发现低NI组织形成了独立的聚类群，提示该组别具有共同的微环境特征。具体而言，低NI组织中N01_TLS（TLS生态位）、N04_Plasma-enriched（浆细胞富集生态位）和N03_Perivascular（血管周围生态位）的比例显著增加。这些结果表明，TLS样结构的形成及B细胞免疫应答可能与PDAC的低神经浸润表型相关。
在基质区室中，高神经浸润（high-NI）的PDAC肿瘤组织表现出肌成纤维细胞性CAF（myCAF）和肿瘤相关CAF（tCAF）亚群比例升高。其中：
F01_myCAF-MMP11
F03_tCAF-MME
相比之下，具有祖细胞样特征的CAF亚群（表达DPT、CFD、PI16等标志基因）在高NI组织中比例较低。空间转录组（ST）数据进一步证实：
通过整合公共ST数据集和内部独立样本的验证队列，成功复现了低NI与高NI组织间的上述差异。这些发现系统揭示了与PDAC神经浸润状态相关的免疫-基质亚群分布及空间生态位特征。

结果4、受侵神经和非受侵神经周围微环境

在明确低NI与高NI肿瘤微环境（TME）的整体差异后，进一步聚焦神经周围生态位，通过分析未浸润神经（non-invaded nerves）与浸润神经（invaded nerves）邻近区域的细胞组成，揭示潜在的神经互作亚群。研究选取以下三类空间位点：
未浸润神经的免疫保护性微环境
细胞组成：
空间分布规律：
为阐明未浸润神经（non-invaded nerves）与浸润神经（invaded nerves）周围微环境的调控机制，通过COMMOT（基于最优传输的细胞通讯分析）整合配体-受体表达与ECM-受体互作数据，系统评估了以下信号通路活性：
1. 未浸润神经的适应性免疫保护微环境
关键通路：
神经-TLS互作机制：
2. 浸润神经的促炎与免疫抑制微环境
免疫抑制通路：
促炎反应特征：
机制模型总结
微环境类型 未浸润神经周围 浸润神经周围
免疫特征 适应性免疫主导（TLS形成） 先天炎症反应+免疫抑制
核心细胞 B细胞/Tfh/cDCs 促炎巨噬细胞/中性粒细胞/myCAFs
关键通路 CXCL12-CXCR4/BAFF/APRIL IL-1/TGF-β/IL-10
功能结局 免疫监视 神经侵袭与免疫逃逸

结果5、解析未浸润神经与浸润神经的细胞组成特征

通过整合单细胞/细胞核RNA测序（sc/snRNA-seq）与空间转录组（ST）数据，系统解析肿瘤相关神经的细胞组成特征。
神经内特殊成纤维细胞亚群的发现
F07_Fibro-NRP2的特征：
功能特性：
神经内髓系细胞的动态重塑
细胞亚群 非浸润神经 浸润神经
主要亚型 M08_Macro-LYVE1（LYVE1+FORL2+） M10_Macro-SPP1（SPP1+TREM2+）
功能特征 血管旁定居巨噬细胞 突触修剪/吞噬/促血管生成
空间验证 LYVE1+CD68+巨噬细胞富集 SPP1+CD68+巨噬细胞浸润增加
发育轨迹 RNA Velocity与PAGA分析提示M10可能源自M08
Schwann细胞的异质性解析
S01_Schwann-ABCA8：
S02_Schwann-TGFBI：
S03_Schwann-SERPINA3：
分析结果

结果6、一个独特的转化Schwann细胞亚群促进神经侵袭（TGFBI+Schwann细胞在神经浸润中的促癌机制）

尽管Schwann细胞在体外能诱导癌细胞迁移，但其特定亚群在神经浸润（NI）中的作用尚不明确。通过分析肿瘤远端至邻近区域的Schwann细胞分布，发现：
1. 空间分布与细胞互作特征
2. 功能调控网络
ECM重塑与生长因子分泌：
体外实验验证：
3. TGF-β1驱动的表型诱导
转录调控：SCENIC分析揭示RUNX1、TFAP2A、SMAD1等转录因子激活，与TGF-β信号通路相关
微环境信号溯源：
功能阻断实验：
4. 临床意义
机制模型总结
"TGF-β1-TGFBI+Schwann细胞-癌细胞"轴：

简单总结一下

1. 神经内膜成纤维细胞新亚群的发现
F07_Fibro-NRP2特征：
2. Schwann细胞异质性调控网络
亚群 特征 临床意义
S01_Schwann-ABCA8 髓鞘化表型（MPZ+/MBP+） 在肿瘤远端富集
S02_Schwann-TGFBI TGF-β信号驱动（RUNX1/SMAD1激活），高表达ECM因子与生长因子 浸润前沿主导，与不良预后相关
S03_Schwann-SERPINA3 修复表型（AP-1家族激活），类似Bungner带细胞 响应神经损伤
机制验证：
3. 神经浸润前沿的细胞互作
关键效应细胞：
空间特征：
4. 神经-三级淋巴结构（NTS）的生物学意义

最后来看看方法

单细胞数据分析

CNV分析




空间转录组部分


生活很好，有你更好

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