期刊：Genome Med
影响因子：10.4
主要技术：单细胞转录组测序,空间转录组测序
导语
胰腺癌肿瘤微环境异质性，及其分子特征尚未阐明。作者从17个胰腺肿瘤组织中富集非免疫细胞进行单细胞RNA测序，并选取其中7个样本生成对应的空间转录组数据。确定了胰腺癌细胞中五个不同的功能亚群和六个癌症相关成纤维细胞群。深入分析这些亚群成功地解卷积了胰腺癌批量转录组分析中提出的大多数特征。在这些亚群中，作者发现了一个新的癌细胞亚群Ep_VGLL1，与不良预后相关。Ep_VGLL1的分子特征表明其具有基底样亚型和经典亚型之间的过渡性质。这种综合分析不仅提供了胰腺癌和成纤维细胞群体的全面景观，还提出了对胰腺癌细胞动态状态的新见解，揭示了潜在的治疗靶点。
思路图
技术服务
单细胞转录组测序、空间转录组测序
研究结果
1. 胰腺癌细胞和CAF的单细胞图谱
为了解释癌细胞和CAF的异质性，作者对来自17名胰腺肿瘤患者（16名胰腺癌和1名具有IPMN病理的HGD）的手术样品的CD45阴性细胞进行单细胞RNA测序。鉴定了五种主要细胞类型：上皮细胞、成纤维细胞、雪旺细胞、内皮细胞和星状细胞。通过拷贝数变化鉴定了癌细胞群,主要位于上皮细胞群。
2. 胰腺癌上皮细胞和成纤维细胞群的特征分析
胰腺癌上皮细胞可细分为9个亚群，均可以通过特异性marker基因鉴定。Ep_FXYD2簇中的大多数细胞具有野生型KRAS序列，作者猜测该细胞是恶变前导管样细胞。Ep_CDK1簇是增殖的癌上皮细胞，由突出的细胞周期特征鉴定。通过从Ep_CDK1簇以外的上皮细胞训练逻辑回归模型来鉴定组成Ep_CDK1簇的细胞的原始身份，结果显示癌细胞群中，Ep_TRIM 54、Ep_KRT 6A和Ep_VGLL1在循环细胞群中富集，这意味着这些上皮亚簇比其他上皮亚簇相对更具增殖性。
成纤维细胞被分成八个亚群。通过将特异性marker基因与“Fb”前缀组合，产生了六个不同的胰腺CAF簇。通过分析各细胞簇的特征，发现Fb_SFRP1：iCAF（炎性CAF）、Fb_LRRC15：myCAF（成肌细胞CAF）、Fb_MSLN：apCAF（抗原呈递CAF）、Fb_VIT：成纤维细胞祖细胞群体，并使用RNA原位杂交，验证了人PDAC组织中Fb_VIT的存在。
3. 人群聚类识别胰腺癌的病理和分子亚型
在详细解析了胰腺癌组织中癌细胞和CAF群体的亚群特征后，作者考虑是否可以基于这些簇的特征对患者进行分型。基于癌细胞和CAF簇的比例，对患者进行分层聚类，产生了三个单独的患者组（hClust 0 -2）。通过比较临床数据，发现四个IPMN样品中的三个属于hClust 0，晚期疾病状态在hClust 1和hClust 2中富集。每个患者簇可以通过特异性癌细胞簇的显著富集来标记：hClust 0：Ep_MSMB， hClust 1：Ep_TRIM54，hClust 2：Ep_KRT6A和Ep_VGLL1。
4. Ep_VGLL1是一种新的与预后不良相关的胰腺癌细胞群
接下来，作者使用来自TCGA和ICGC的公共批量转录组数据评估了癌症和CAF簇的预后价值。在所有上皮和成纤维细胞亚群中，只有Ep_KRT 6A和Ep_VGLL1的标志物与不良预后有关。由于高Ep_KRT6A组显示基底样特征，其不良预后是可预测的，但Ep_VGLL1簇未显示先前定义的任何特定模式。通路富集分析显示，与Ep_VGLL1相比，Ep_KRT6A表达更高水平的上皮-间充质转化（EMT）特征，且Ep_KRT6A评分与癌细胞间的EMT评分正相关，而Ep_VGLL1评分完全不相关，说明Ep_KRT6A和Ep_VGLL1是两种完全不同的癌细胞群。
5. 解析调控胰腺癌细胞簇的转录因子网络
为了鉴定癌细胞簇的生物学特征，作者使用SCENIC分析每个癌细胞簇的转录因子（TF）活性，重建了基于相关性的TF网络。作者鉴定了一组Ep_VGLL1簇中高活性的TF。这些TF位于连接“IPMN相关”/“导管相关”/“经典”组与“基底样”组的连接处。该模式也在基于TF活性的扩散图和PCA投影中再现，其将该TF簇定位在“经典”和“基底样”簇的中点处。基于这些特征，作者猜测Ep_VGLL1代表连接经典癌细胞和基底样癌细胞的过渡性癌细胞群，并将Ep_VGLL1特异性TF注释为“过渡性”TF。
Ep_VGLL1显示出S0X4和KLF5高活性，而SOX4和KLF5之间的互作关系是驱动SMAD4缺陷胰腺癌细胞中肿瘤发生的分子机制，作者猜测Ep_VGLL1代表由TGF-β驱动的SMAD4缺陷致癌过程中的癌细胞。进一步分析Ep_VGLL1的分子特征，发现Ep_VGLL1获得了TGF-β抗性和Wnt-独立性，但仍保持上皮细胞特征。据报道，在FOLFIRINOX治疗下，胰腺癌肿瘤球状体细胞通过癌症内在机制发生经典向基底样转变。随后作者在本数据集追踪了这一转变过程，结果发现具有中间特征的亚群Ep_VGLL1可能代表基底样癌细胞和经典类型癌细胞之间的过渡群体。
6. 空间转录组数据解析人类胰腺癌中癌症亚簇和相关特征
基于以上分析结果，作者试图解析人类胰腺癌的空间复杂性。通过单细胞空转数据联合分析，解析出了所有细胞类型、癌细胞亚群和成纤维细胞亚群的空间定位模式。分析发现Ep_VGLL1与 Ep_TRIM54 和Ep_KRT6A 在空间上相关，但这两个群（分别代表胰腺癌经典亚型和基底样亚型）并不直接相邻。这种空间关系进一步证实了以上结论：Ep_VGLL1是胰腺癌经典亚型和基底样亚型之间的桥接细胞群。癌细胞附近与较远区域的细胞类型明显不同，Fb_LRRC15（myCAF）的空间分布与胰腺癌细胞分布高度相关，而Fb_SFRP1（iCAF）细胞位于癌细胞远端。
参考文献：
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
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