文章題目：Identification of spatially-resolved markers of malignant transformation in Intraductal Papillary Mucinous Neoplasms

中文題目：空間組學(xué)技術(shù)鑒定導(dǎo)管內(nèi)乳頭狀粘液性腫瘤惡變過程的生物標(biāo)志物

發(fā)表時間：2024.03.29

期刊名稱：Nature Communications

影響因子：16.661

實驗平臺：Visium空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)、GeoMx DSP空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)

DOI：10.1038/s41467-024-46994-2

01 研究背景

導(dǎo)管內(nèi)乳頭狀粘液性腫瘤（IPMN）是一種位于胰腺導(dǎo)管內(nèi)的，具有粘液分泌上皮的囊性病變。IPMN可發(fā)生于胰管的側(cè)支(BD-IPMN)、主管(MD-IPMN)或兩者兼有(混合型IPMN),被認(rèn)為是胰腺導(dǎo)管腺癌(PDAC)的前體病變。MD-IPMN比BD-IPMN具有更高的惡變風(fēng)險,后者在大多數(shù)情況下是一種惰性疾病。目前，IPMN的診斷主要基于影像學(xué)和臨床特征,缺乏生物學(xué)特性的分子標(biāo)志物,從而導(dǎo)致患者風(fēng)險分級的準(zhǔn)確性不夠，而導(dǎo)致治療方案欠佳。因此,深入了解IPMN的生物學(xué)特性和惡性潛能,對于改善預(yù)后判斷和個體化治療至關(guān)重要。已有研究提出了一些IPMN惡性轉(zhuǎn)化的候選標(biāo)志物,但將其轉(zhuǎn)化為臨床應(yīng)用的嘗試還不理想，這可能是由于病理復(fù)雜性、囊腫異質(zhì)性以及技術(shù)手段的局限性導(dǎo)致的。因此，運用最新的組學(xué)技術(shù)和高分辨率成像手段,在患者樣本中鑒定驅(qū)動IPMN向PDAC進展的關(guān)鍵標(biāo)志物,將為優(yōu)化IPMN患者的風(fēng)險評估和治療提供新的思路。

02 技術(shù)路線

03 研究結(jié)果

1. Visium空間轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)分析結(jié)果

使用Seurat對Visium數(shù)據(jù)進行分析,通過Leiden算法確定了23個空間亞群(Fig. 2A)，且與組織學(xué)特征相關(guān)(Fig. 2B),其中5個亞群精確定義了不同級別的IPMN:低級別(LGD和交界性)和高級別(HGD胃型、HGD腸型和HGD胰膽型)。盡管LGD和交界性IPMN都有RNF43突變,但它們表現(xiàn)出不同的轉(zhuǎn)錄組特征。17個亞群包括不同類型的正常和腫瘤相關(guān)基質(zhì)。所有IPMN均表現(xiàn)出Moffitt經(jīng)典型、Bailey胰腺前體細(xì)胞和Collisson經(jīng)典型分子亞型特征,以及Moffitt活化基質(zhì)特征 (Fig. 2C)。

Fig. 2 | Visium空間特征和聚類

2. IPMN亞群鑒定出與級別相關(guān)的轉(zhuǎn)錄因子

差異分析確定了每個IPMN亞群的特異性基因表達(dá)特征(Fig. 3A, B)。值得注意的是,6個轉(zhuǎn)錄因子與不同級別的IPMN亞群相關(guān):HOXB3和ZNF117(LGD IPMN)、SPDEF、NR4A1和NR4A2(交界性IPMN)、NKX6-2(HGD胃型IPMN)。HGD胰膽型IPMN的標(biāo)志物與HGD胃型和腸型IPMN重疊。

Fig. 3 | IPMN亞群標(biāo)志物特征

3. 癌癥關(guān)鍵通路和細(xì)胞類型特征

GSEA分析確定了IPMN惡性轉(zhuǎn)化過程中激活的關(guān)鍵通路。與LGD IPMN相比,HGD胃型(Fig. 4)和腸型IPMN (Fig. S10)中TNFα所在的NFKβ信號通路(Fig. 4D)、MYC靶點(Fig. 4E)、上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化(Fig. 4F)和KRAS信號通路(Fig. 4G)顯著激活。此外,HGD胃型表達(dá)胃峽部細(xì)胞標(biāo)志物(Fig. 5),如NKX6-2。HGD腸型表達(dá)腸道杯狀細(xì)胞標(biāo)志物(Fig. S10)。

Fig. 4 | HGD胃型與LGD IPMN比較的GSEA結(jié)果

4. DSP空間轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)分析

為了驗證Visium的結(jié)果，研究人員使用DSP技術(shù)對獨立的40例患者的57個IPMN樣本進行分析，也發(fā)現(xiàn)到特定轉(zhuǎn)錄因子與IPMN級別之間的關(guān)聯(lián):ZNF117(LGD和交界性IPMN)、SPDEF(交界性IPMN)、NKX6-2(HGD胃型IPMN)(Fig. 6B)。GSEA分析顯示,TNFα信號通路和MYC激活是HGD胃型(Fig. 6C)、交界性和腸型IPMN (Fig. S18)的主要致癌特征。此外,驗證隊列中也觀察到了特異性細(xì)胞類型特征:HGD胃型表達(dá)胃峽部細(xì)胞特征、交界性表達(dá)胃頸部細(xì)胞特征、HGD腸型表達(dá)十二指腸杯狀細(xì)胞特征(Fig. 6D, E)。

Fig. 6 | DSP空間轉(zhuǎn)錄組分析結(jié)果

5. NKX6-2表達(dá)與進展為高級別胃型IPMN相關(guān)

使用stLearn對Visium數(shù)據(jù)進行空間軌跡分析,以探究低級別交界性IPMN向HGD惡性高風(fēng)險胃型IPMN的空間演變軌跡。結(jié)果顯示,交界性IPMN內(nèi)的局部亞群與HGD胃型IPMN具有共同的進化軌跡(Fig. 7C, D)。過渡性的標(biāo)志物都是胃型特異性的,包括PSCA、VSIG1,尤其是轉(zhuǎn)錄因子NKX6-2,表明其可能是IPMN向胃型分化的標(biāo)志物。擬時間分析(Fig. 7G)進一步證實,先前確定的特異性轉(zhuǎn)錄因子標(biāo)志物與從低級別到高級別胃型IPMN的演變具有顯著相關(guān)性(Fig. 7H)。

Fig. 7 | stLearn聚類和胃型IPMN的空間軌跡

04 主要結(jié)論

該研究利用Visium和DSP空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)技術(shù),對不同級別和亞型的IPMN樣本進行了高分辨率的轉(zhuǎn)錄組檢測,發(fā)現(xiàn)了與IPMN惡性進展相關(guān)的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子(低級別:HOXB3和ZNF117;交界性:SPDEF;高級別胃型:NKX6-2)、信號通路(TNFα/NFKβ、MYC、EMT和KRAS)和細(xì)胞類型特征(胃型:胃峽部細(xì)胞;腸型:腸道杯狀細(xì)胞)。此外,空間軌跡分析揭示了交界性IPMN向高級別胃型IPMN演變的進化軌跡,提示NKX6-2可能是驅(qū)動IPMN向胃型分化和進展的關(guān)鍵因子。這些發(fā)現(xiàn)通過多重免疫熒光在獨立隊列中得到驗證,為開發(fā)基于空間特異性標(biāo)志物的IPMN分子分型和指導(dǎo)患者個體化治療決策提供了重要線索。