思路圖

技術(shù)服務(wù)
單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測(cè)序、空間轉(zhuǎn)錄組測(cè)序

研究結(jié)果
1. 胰腺癌細(xì)胞和CAF的單細(xì)胞圖譜
為了解釋癌細(xì)胞和CAF的異質(zhì)性，作者對(duì)來自17名胰腺腫瘤患者（16名胰腺癌和1名具有IPMN病理的HGD）的手術(shù)樣品的CD45陰性細(xì)胞進(jìn)行單細(xì)胞RNA測(cè)序。鑒定了五種主要細(xì)胞類型：上皮細(xì)胞、成纖維細(xì)胞、雪旺細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞和星狀細(xì)胞。通過拷貝數(shù)變化鑒定了癌細(xì)胞群,主要位于上皮細(xì)胞群。
 

2. 胰腺癌上皮細(xì)胞和成纖維細(xì)胞群的特征分析
胰腺癌上皮細(xì)胞可細(xì)分為9個(gè)亞群，均可以通過特異性marker基因鑒定。Ep_FXYD2簇中的大多數(shù)細(xì)胞具有野生型KRAS序列，作者猜測(cè)該細(xì)胞是惡變前導(dǎo)管樣細(xì)胞。Ep_CDK1簇是增殖的癌上皮細(xì)胞，由突出的細(xì)胞周期特征鑒定。通過從Ep_CDK1簇以外的上皮細(xì)胞訓(xùn)練邏輯回歸模型來鑒定組成Ep_CDK1簇的細(xì)胞的原始身份，結(jié)果顯示癌細(xì)胞群中，Ep_TRIM 54、Ep_KRT 6A和Ep_VGLL1在循環(huán)細(xì)胞群中富集，這意味著這些上皮亞簇比其他上皮亞簇相對(duì)更具增殖性。

成纖維細(xì)胞被分成八個(gè)亞群。通過將特異性marker基因與“Fb”前綴組合，產(chǎn)生了六個(gè)不同的胰腺CAF簇。通過分析各細(xì)胞簇的特征，發(fā)現(xiàn)Fb_SFRP1：iCAF（炎性CAF）、Fb_LRRC15：myCAF（成肌細(xì)胞CAF）、Fb_MSLN：apCAF（抗原呈遞CAF）、Fb_VIT：成纖維細(xì)胞祖細(xì)胞群體，并使用RNA原位雜交，驗(yàn)證了人PDAC組織中Fb_VIT的存在。

3. 人群聚類識(shí)別胰腺癌的病理和分子亞型
在詳細(xì)解析了胰腺癌組織中癌細(xì)胞和CAF群體的亞群特征后，作者考慮是否可以基于這些簇的特征對(duì)患者進(jìn)行分型。基于癌細(xì)胞和CAF簇的比例，對(duì)患者進(jìn)行分層聚類，產(chǎn)生了三個(gè)單獨(dú)的患者組（hClust 0 -2）。通過比較臨床數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)四個(gè)IPMN樣品中的三個(gè)屬于hClust 0，晚期疾病狀態(tài)在hClust 1和hClust 2中富集。每個(gè)患者簇可以通過特異性癌細(xì)胞簇的顯著富集來標(biāo)記：hClust 0：Ep_MSMB， hClust 1：Ep_TRIM54，hClust 2：Ep_KRT6A和Ep_VGLL1。
 

4. Ep_VGLL1是一種新的與預(yù)后不良相關(guān)的胰腺癌細(xì)胞群
接下來，作者使用來自TCGA和ICGC的公共批量轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)評(píng)估了癌癥和CAF簇的預(yù)后價(jià)值。在所有上皮和成纖維細(xì)胞亞群中，只有Ep_KRT 6A和Ep_VGLL1的標(biāo)志物與不良預(yù)后有關(guān)。由于高Ep_KRT6A組顯示基底樣特征，其不良預(yù)后是可預(yù)測(cè)的，但Ep_VGLL1簇未顯示先前定義的任何特定模式。通路富集分析顯示，與Ep_VGLL1相比，Ep_KRT6A表達(dá)更高水平的上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化（EMT）特征，且Ep_KRT6A評(píng)分與癌細(xì)胞間的EMT評(píng)分正相關(guān)，而Ep_VGLL1評(píng)分完全不相關(guān)，說明Ep_KRT6A和Ep_VGLL1是兩種完全不同的癌細(xì)胞群。

圖 4

5. 解析調(diào)控胰腺癌細(xì)胞簇的轉(zhuǎn)錄因子網(wǎng)絡(luò)
為了鑒定癌細(xì)胞簇的生物學(xué)特征，作者使用SCENIC分析每個(gè)癌細(xì)胞簇的轉(zhuǎn)錄因子（TF）活性，重建了基于相關(guān)性的TF網(wǎng)絡(luò)。作者鑒定了一組Ep_VGLL1簇中高活性的TF。這些TF位于連接“IPMN相關(guān)”/“導(dǎo)管相關(guān)”/“經(jīng)典”組與“基底樣”組的連接處。該模式也在基于TF活性的擴(kuò)散圖和PCA投影中再現(xiàn)，其將該TF簇定位在“經(jīng)典”和“基底樣”簇的中點(diǎn)處。基于這些特征，作者猜測(cè)Ep_VGLL1代表連接經(jīng)典癌細(xì)胞和基底樣癌細(xì)胞的過渡性癌細(xì)胞群，并將Ep_VGLL1特異性TF注釋為“過渡性”TF。
 

Ep_VGLL1顯示出S0X4和KLF5高活性，而SOX4和KLF5之間的互作關(guān)系是驅(qū)動(dòng)SMAD4缺陷胰腺癌細(xì)胞中腫瘤發(fā)生的分子機(jī)制，作者猜測(cè)Ep_VGLL1代表由TGF-β驅(qū)動(dòng)的SMAD4缺陷致癌過程中的癌細(xì)胞。進(jìn)一步分析Ep_VGLL1的分子特征，發(fā)現(xiàn)Ep_VGLL1獲得了TGF-β抗性和Wnt-獨(dú)立性，但仍保持上皮細(xì)胞特征。據(jù)報(bào)道，在FOLFIRINOX治療下，胰腺癌腫瘤球狀體細(xì)胞通過癌癥內(nèi)在機(jī)制發(fā)生經(jīng)典向基底樣轉(zhuǎn)變。隨后作者在本數(shù)據(jù)集追蹤了這一轉(zhuǎn)變過程，結(jié)果發(fā)現(xiàn)具有中間特征的亞群Ep_VGLL1可能代表基底樣癌細(xì)胞和經(jīng)典類型癌細(xì)胞之間的過渡群體。
 

圖 6

6. 空間轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)解析人類胰腺癌中癌癥亞簇和相關(guān)特征
基于以上分析結(jié)果，作者試圖解析人類胰腺癌的空間復(fù)雜性。通過單細(xì)胞空轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)聯(lián)合分析，解析出了所有細(xì)胞類型、癌細(xì)胞亞群和成纖維細(xì)胞亞群的空間定位模式。分析發(fā)現(xiàn)Ep_VGLL1與 Ep_TRIM54 和Ep_KRT6A 在空間上相關(guān)，但這兩個(gè)群（分別代表胰腺癌經(jīng)典亞型和基底樣亞型）并不直接相鄰。這種空間關(guān)系進(jìn)一步證實(shí)了以上結(jié)論：Ep_VGLL1是胰腺癌經(jīng)典亞型和基底樣亞型之間的橋接細(xì)胞群。癌細(xì)胞附近與較遠(yuǎn)區(qū)域的細(xì)胞類型明顯不同，F(xiàn)b_LRRC15（myCAF）的空間分布與胰腺癌細(xì)胞分布高度相關(guān)，而Fb_SFRP1（iCAF）細(xì)胞位于癌細(xì)胞遠(yuǎn)端。

參考文獻(xiàn)：
Kim S, Leem G, Choi J, et al (2024) Integrative analysis of spatial and single-cell transcriptome data from human pancreatic cancer reveals an intermediate cancer cell population associated with poor prognosis. Genome Med 16:20. https://doi.org/10.1186/s13073-024-01287-7