肺腺癌侵袭序列的配对单核与空间转录组分析揭示生态位结构域与候选逆转化合物
Paired single-nucleus and spatial transcriptomics of the lung adenocarcinoma invasion sequence reveal niche domains and candidate reversal compounds
研究对肺腺癌AAH至侵袭性腺癌序列的配对样本进行单核RNA测序(413,697个细胞核/23例)与空间转录组(56张Visium切片/25例)分析,构建了39种细胞亚型和7个生态位结构域的图谱,其中仅一个为侵袭期特有。
肺腺癌沿非典型腺瘤样增生(AAH)到浸润性腺癌的形态学序列演进,此前的认识来自多个层面:启动子甲基化在浸润阶段显著增多 [4],Fhit 丢失与黏附分子、基质金属蛋白酶表达的转变伴随间质浸润 [6],浸润前沿的肿瘤细胞表达层粘连蛋白 γ2 链并伴随基质纤维化 [5]。近年单细胞研究刻画了这条通路上肿瘤细胞群自身的异质性 [1],针对不吸烟人群的多组学研究也提示内皮与基质细胞活性可区分癌前病变的分子亚型 [2]。但正如这项新研究所指出的,伴随浸润的转录程序多在批量组织或仅肿瘤组织中得到刻画,微环境生态位如何随浸润演变仍缺乏配对、分辨到细胞类型的答案。
该研究对 23 名患者的配对样本完成 413,697 个细胞核的单核 RNA 测序,并对 25 名患者的 56 张 Visium 切片做空间转录组,覆盖浸润前到浸润的全序列。图谱解析出 39 个二级细胞亚型,组织空间收敛为七种生态位结构原型,其中六种是普通肺结构,仅一种局限于浸润性疾病。随后一个混杂因素主导了分析:结构域身份、标志物稳定性和空间程序的阶段性表现均随测序深度变化,而深度在这些切片中反映组织密度而非纯技术因素(深度与标志物经匹配后存活比例的相关系数为 -0.89),若干看似阳性的结果在深度匹配后消失。浸润结构域的 ECM/间质身份通过了检验:22 对配对病例中 20 对的成纤维细胞 ECM 程序在浸润侧更高(对随机基因集 P=0.0033),且去除手工添加基因后不变,在各种留一变体下均稳健。再用患者配对的疾病轴查询 LINCS 化合物库,三种打分方案共同返回 34 个化合物,以 PI3K/mTOR 抑制剂为主,半分重复性 rho=0.962(置换零分布为 ±0.045),单细胞与空间来源两条疾病轴的一致性为 rho=0.735。
相比以往聚焦肿瘤细胞内部状态 [1] 或以批量测序为主的刻画 [2],这项工作以配对、单细胞与空间双模态的方式覆盖完整序列,并证明空间数据中部分阶段性信号可能是深度混杂的产物,这对同类研究是有价值的方法学提醒。其核心发现——浸润生态位的 ECM/间质身份——与浸润伴基质纤维化的组织学证据 [5] 以及 ECM 重塑促进力学应激与转移的功能研究 [3] 相互呼应。尤为可贵的是,作者以 TBXT 在 8,450 个基因中排名第一的阳性对照证明流程能找回真阳性,并据此明确报告阴性结果:单细胞拷贝数推断未产生可用的恶性/非恶性区分,队列水平的空间拷贝数差异未通过深度匹配,发育轨迹方向与来源研究相反,基因水平预测在合并轴上无信号且仅一个扰动通过分室门控,配体水平分析无可用配对。
局限同样清楚:34 个候选化合物目前只是计算预测,能否在体外真正逆转浸润状态仍待实验检验;而深度与组织密度相互纠缠的问题也提醒,此类空间转录组结果的解读须格外谨慎,未通过检验的分析提示这条进展序列的许多层面或许仍超出当前数据的分辨能力。
- 1.Integrating machine learning and single-cell analysis to uncover lung adenocarcinoma progression and prognostic biomarkers · J Cell Mol Med 2024
- 2.Multiomics Analysis Reveals Molecular Changes during Early Progression of Precancerous Lesions to Lung Adenocarcinoma in Never-Smokers · Cancer Res 2025
- 3.Myofibroblasts derived type V collagen promoting tissue mechanical stress and facilitating metastasis and therapy resistance of lung adenocarcinoma cells · Cell Death Dis 2024
- 4.DNA methylation profile during multistage progression of pulmonary adenocarcinomas · Virchows Arch 2011
- 5.Sole expression of laminin gamma 2 chain in invading tumor cells and its association with stromal fibrosis in lung adenocarcinomas · Jpn J Cancer Res 2001
- 6.Expression of Fhit, cell adhesion molecules and matrix metalloproteinases in atypical adenomatous hyperplasia and pulmonary adenocarcinoma · J Pathol 2004
来源:bioRxiv Cancer Biology · biorxiv.org