文献分享--空间多组学技术揭示侵袭性前列腺癌特征：肿瘤微环境中促炎性趋化因子活性的关键作用

作者，Evil Genius

希望大家都有一个美好的生活，厄运散去，好运常来。

今天我们分享文献

知识积累

理解与侵袭性前列腺癌相关的肿瘤微环境特征，对于精准诊断和治疗至关重要。

整合分析了包括空间/bulk转录组、代谢组以及与组织病理学关联的多组学数据，系统解析了侵袭性前列腺癌患者与术后10年未复发患者的肿瘤微环境生物学特征。

数据来源

10X visium

侵袭组 (5名)：在37个月内出现病情进展（4名持续存在，PSA > 0.1 ng/ml；1名复发，PSA > 0.2 ng/ml），其中2名分别在90个月和22个月后确诊转移。

非侵袭组 (3名)：尽管诊断时临床病理特征相似，但在10年随访期内未复发。

多层面空间组学 (n=8)

侵袭性 (n=5)：ISUP 2级1人，3级1人，4级1人，5级2人；手术时平均年龄59岁（范围53-73）；平均术前PSA 23.7。

非侵袭性 (n=3)：ISUP 2级2人，3级1人；手术时平均年龄59.8岁（范围55-66）；平均术前PSA 14.0。

bulk转录组学与代谢组学 (n=37)

侵袭性 (n=27)：ISUP 2级7人，3级10人，4级4人，5级6人；平均年龄60.7岁（范围56-63）；平均术前PSA 18.7。

非侵袭性 (n=10)：ISUP 2级8人，3级2人；平均年龄62.4岁（范围51-73）；平均术前PSA 10.8。

结果1、基于空间转录组数据构建的侵袭性前列腺癌（APC）与趋化因子富集腺体（CEG）分子特征

两种基因特征的发现与定义

APC特征（侵袭性前列腺癌特征）：

• 包含26个基因，能跨所有病理类型区分侵袭性与非侵袭性患者。
• 其中18个在侵袭性患者中高表达，且大部分（14个）与免疫应答直接相关。
• 关键点：APC特征所代表的侵袭性转录组变化不受具体病理类型的限制，在侵袭性患者的癌组织、间质乃至部分形态学良性的非癌腺体中均呈现高活性。

CEG特征（趋化因子富集腺体特征）：

• 专门针对侵袭性疾病组中那些形态良性但分子层面已出现异常的非癌腺体。
• 核心是7种趋化因子的上调。
• 关键点：CEG特征是侵袭性患者所特有的，能精准识别出一部分具有异常分子表型的非癌腺体。这些CEG高分腺体的周围间质常伴有免疫细胞浸润。

特征活性与腺体功能丧失的关联

研究人员通过分析一系列与前列腺正常功能和癌症相关的基因集，发现：

功能丧失：在侵袭性疾病组中，那些APC或CEG特征高活性的"良性"腺体，其管腔细胞特征和柠檬酸盐分泌相关的基因表达显著下降。这表明它们虽然看起来正常，但已丧失了健康前列腺腺体的关键功能。

相互排斥：APC/CEG特征与正常的腺体功能特征呈此消彼长的负相关关系。在侵袭性患者中，当前者活跃时，后者就被抑制。

重要发现：这种腺体功能特征的丢失，甚至在远离癌组织的、"正常"区域的腺体中也能观察到，提示侵袭性前列腺癌的微环境的影响范围很广。

结果2、APC和CEG分子特征与特定细胞群体的关联

细胞关联性确认：

APC和CEG特征活性与Club-like细胞以及髓系和淋巴系免疫细胞呈显著正相关。

同时，这两个特征与代表健康腺体功能的管腔上皮细胞呈最强的负相关。

细胞来源解析：

对特征中单个基因的分析表明，多个上调的APC特征基因（如LCN2, LTF, SAA1, CXCL17等）和所有CEG特征中的趋化因子（如CXCL1, -3, -6, -11, CCL20）与Club-like细胞的相关性最高。

这强烈提示Club-like细胞是这些特征性趋化因子的一个重要细胞来源。

生物学意义：

在侵袭性前列腺癌患者中，那些靠近癌组织的、看似良性的非癌腺体，正在发生一种"功能丧失"的转变：它们失去了正常的管腔特征和柠檬酸盐分泌功能，同时富集了Club-like细胞和免疫细胞，并表现出高的APC和CEG特征活性。

结果3、趋化因子受体的作用、炎症来源的排查，以及将分子特征应用于bulk样本的诊断潜力

关键受体鉴定：

在CEG特征所含的CXC趋化因子中，非典型趋化因子受体1（ACKR1） 被确定为在侵袭性疾病组中占主导作用的受体。

细胞相互作用分析和单细胞数据证实，ACKR1主要由内皮细胞表达。

排除细菌感染：

通过细菌抗原（LPS/LTA）染色，发现只有极少数细胞呈阳性，且APC/CEG特征的活性与细菌感染信号无关联。

这表明观察到的炎症并非由急性活动性细菌感染引起，更可能是肿瘤微环境本身导致的"无菌性"炎症。

bulk样本的验证与挑战：

在更大的bulk RNA测序队列中验证了这两个特征：

APC特征在侵袭性疾病组的样本中活性显著更高，其预测侵袭性疾病的效能达到AUC=0.75，表现稳健。

CEG特征在bulk数据中的区分能力较弱（AUC=0.66），且患者个体间变异很大。

空间分辨率至关重要：bulk分析削弱了CEG特征的信号，因为它无法像空间技术那样精准定位到少数异常的腺体，这凸显了空间转录组在发现局部、细微变化方面的独特优势。

结果4、空间代谢组学和bulk代谢组学数据，揭示了APC和CEG分子特征活性与前列腺组织代谢重编程的直接关联

特征性代谢变化：

柠檬酸盐和锌：在APC/CEG特征低活性区域（代表健康腺体）水平最高，随着特征活性升高而显著下降。这与转录组层面观察到的管腔功能丧失完全一致。

能量代谢物：ATP水平在高特征活性区域降低，而AMP、ADP水平升高。

其他代谢物：谷氨酸、谷氨酰胺、葡萄糖、谷胱甘肽、牛磺酸等在特征高活性区域水平升高，显示出活跃的合成代谢和应激状态。

空间与bulk数据的一致性：

在空间代谢组数据中，这些代谢变化趋势非常清晰和显著。

在bulk代谢组数据中，核心趋势（如柠檬酸盐下降）仍然存在，但信号强度被稀释，变化不如空间数据明显。这再次凸显了空间分辨技术对于捕捉局部微环境变化的敏感性。

核心结论：

APC和CEG特征的高活性，在转录组和代谢组两个层面都标志着前列腺腺体从健康的分泌状态（高 citrate/锌）向促肿瘤的代谢状态转变。

这种代谢重编程与特征所捕获的炎症过程密切相关。

结果5、APC分子特征在大型公共数据集中被证实是预测侵袭性前列腺癌的强有力指标

APC特征的预测效力：

在包含1,588名患者的四个独立队列中，高APC特征评分能显著预测生化复发。

在最大的META855队列中，高APC特征评分还能显著预测远处转移的风险。

多变量分析证实，APC特征是生化复发的独立预测因子。

CEG特征的预测效力：

CEG特征在所有验证队列中也显示出风险增加的趋势，但预测能力远不如APC特征稳健，仅在一个队列中达到统计学显著性。

结果6、APC and CEG signature are associated with Club-like cells and reduced luminal function

与已知商业标志物的关联：

APC特征与GPS和Decipher这两个商用特征呈中度正相关，这从分子层面交叉验证了APC特征确实捕获了侵袭性、易复发前列腺癌的生物学特性。

关键的生物学关联得以确认：

与Club-like细胞的强关联：当将APC和CEG特征拆分为上调（阳性）部分和下调（阴性）部分后，发现它们的上调部分与Club-like细胞呈强正相关。这证实了特征中的促炎信号确实来源于Club-like细胞，且这一结论在大型队列中依然成立。

与腺体功能丧失的关联：两个特征均与柠檬酸盐分泌特征呈显著负相关，且这种负相关比与管腔细胞特征的负相关更强，突出了其特征核心是腺体分泌功能的丧失，而不仅仅是某种细胞数量的减少。

空间数据的独特价值：

在bulk数据中，CEG特征的上下调部分并未像在空间数据中那样显示出负相关关系。

这表明空间转录组能捕捉到bulk数据无法发现的、局部区域内特异性的分子组合模式，再次强调了其在解析肿瘤微环境复杂性方面的不可替代性。

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