近期，由MD Anderson Cancer Center研究及临床科学家团队开展的一项新研究利用CosMx单细胞空间原位分子成像技术，结合单细胞RNA测序，探讨了肠道微生物与肿瘤生长发展之间的关系，揭示了癌症患者对细胞因子抑制的抵抗机制。这种机制依赖于肠道IL-17-IL-17RA信号介导的微生物调节：肠上皮IL-17RA信号被破坏后引发的肠道菌群失调会通过全身免疫调节促进远处肿瘤的生长。利用CosMx所提供的全面的高分辨率单细胞空间转录组数据，研究人员阐释和证实了IL-17A在PDAC中的作用，为开发新的治疗策略提供重要信息和深入见解。
Chandra V, Li L, Le Roux O, Zhang Y, Howell RM, Rupani DN, Baydogan S, Miller HD, Riquelme E, Petrosino J, Kim MP, Bhat KPL, White JR, Kolls JK, Pylayeva-Gupta Y, McAllister F. Gut epithelial Interleukin-17 receptor A signaling can modulate distant tumors growth through microbial regulation.Cancer Cell. 2024 Jan 8;42(1):85-100.e6. doi: 10.1016/j.ccell.2023.12.006. Epub 2023 Dec 28. PMID: 38157865; PMCID: PMC11238637.
研究概览
微生物会影响癌症的发生、发展和治疗反应。在正常生理条件下，白细胞介素17（IL-17）家族的促炎细胞因子可由共生微生物触发产生，调节粘膜免疫和肠道屏障免疫。但产生IL-17的细胞可促进CD8+ T细胞衰竭，驱动肿瘤生长。但关于肠道IL-17-IL-17RA信号传导及微生物调节对远端肿瘤行为的影响，目前仍存在知识空白。
尽管针对肿瘤细胞中IL-17-IL-17RA信号的基因干预能显著降低肿瘤生长，但IL-17-IL-17RA抑制剂药物本身并不会影响肿瘤生长。这进一步强调了透彻了解全身抑制IL-17-IL-17RA信号转导的复杂后果的必要性。
在小鼠模型中，使用抗生素对微生物进行消减可延缓PDAC的发生和生长，提高患者生存率。鉴于IL-17-IL-17RA在维持肠道平衡中的已知作用，该研究团队假设肠道IL-17-IL-17RA信号传导及其微生物调控可影响抗肿瘤免疫并最终影响肿瘤生长。
CosMx SMI技术的应用为研究者提供了一个强大的工具，可以在单细胞水平、分子层面和空间背景上深入理解肿瘤微环境，这对于癌症的研究和治疗具有重要意义。通过这项技术，研究者能够更好地理解特定分子或通路如何在肿瘤发展中发挥作用，以及不同细胞类型如何相互作用，共同影响肿瘤的进展和对治疗的响应。
研究亮点（重要发现）：
肠道IL-17RA缺乏引发的肠道菌群失调会诱导远端肿瘤生长；
肠道IL-17信号传导效率降低会诱发肿瘤促Th17和B细胞生长；
使用IL-17抑制剂并同时清除微生物显示出抗肿瘤疗效；
人PDAC中IL-17的表达与IL-17的主要靶点DUOX2有关。
图 6. 人类PDAC表达IL-17的循环细胞和肿瘤浸润细胞，这些细胞与DUOX2密切相关。
(A）通过CosMx单细胞空间原位技术对临床PDAC原发肿瘤进行空间单细胞转录组图谱分析。
(B）显示某个CosMx视野区域中不同细胞类型的IL17A转录本（白色）。
(C）气泡图显示CosMx分析中各细胞类型中IL17A平均归一化表达水平。
具体而言，在该项研究中，研究人员利用CosMx单细胞空间原位分子成像技术对3个原发性PDAC FFPE样本进行了超高空间分辨率的单细胞转录组分析，创建了一个全面的PDAC IL-17空间图谱。
CosMx主要分析：
细胞表型分析：研究人员鉴定了人类PDAC中的多种细胞类型，包括肿瘤细胞、胰腺内分泌细胞、基质细胞和几种免疫细胞亚群；
基因和信号通路的空间表达模式：该研究尤其关注IL-17A在肿瘤中的表达特征和空间分布模式，进而解析IL-17A在肿瘤微环境中的作用；
基因和信号通路的细胞表达特征：研究人员评估了不同细胞类型的基因表达特征，分析发现IL-17A主要在T细胞中表达，而其他免疫细胞如浆细胞、髓系细胞和肥大细胞的表达量较低；
基因和信号通路的组织可视化展示：研究人员使用Napari软件将IL-17A在组织中的空间表达模式进行了可视化展示，帮助研究人员直观地理解IL-17A在肿瘤微环境中的空间分布。
小结及讨论
该研究讨论了微生物群在癌症发病机制中的作用，揭示了肠道IL-17-IL-17RA信号在维持肠道屏障免疫和防止免疫过度活跃中的平衡功能，依赖微生物的IL-17信号增强了肿瘤细胞中的DUOX2信号，诱发胰腺和脑肿瘤的生长以及远端传播。因此有针对性地消除微生物可阻断补偿环路，进而帮助克服IL-17RA抑制剂药物的疗效不佳。作者提出，未来肿瘤治疗的的临床实践中可能需要考虑这一点，甚至可能需要结合抗生素使用来降低IL-17的补偿循环，从而增强IL-17抑制剂的疗效。
CosMx™ SMI 单细胞空间原位分子成像系统
CosMx™ SMI是一个突破性的单细胞空间原位成像平台，结合了超高分辨率成像技术和多靶标检测能力，能够对组织切片中6000+种RNA和64+种蛋白质分子进行单细胞和亚细胞分辨率的原位成像，支持研究人员实现精准透彻的生物学解析。
众所周知，FFPE样本中的RNA和蛋白质通常质量较低，尤其是RNA往往降解严重，使得对于FFPE样本的分子检测分析极具挑战性。CosMx™ SMI系统具有简单的样本制备流程和稳定的原位杂交化学原理，并能够兼容多种组织类型（如新鲜冷冻（FF）、福尔马林固定石蜡包埋（FFPE）、组织芯片（TMA）、类器官等），在单细胞分辨率上实现RNA和蛋白质在组织细胞原位精细的可视化展示和精准的定量分析。
超多靶标的单细胞空间原位表达信息不仅可以实现精细的细胞分型，绘制单细胞空间图谱，详细展示细胞邻域和组织微环境，同时还支持细胞配受体检测，在真实的组织空间背景下推进您对细胞间相互作用、细胞通讯和细胞状态的深刻洞察。
CosMx™ SMI应用包括：
单细胞空间图谱：发现不同细胞类型，绘制其组织空间定位；
差异表达分析：基于空间背景的单细胞转录组差异表达分析；
解析细胞状态和细胞功能；
细胞邻域分析：组织微环境的空间表型；
细胞通讯：配体-受体相互作用；
转录本和蛋白的亚细胞定位；
生物标志物的发现和验证。
NanoString致力于为任何规模、任何阶段的多领域研究提供全面的空间生物学解决方案。GeoMx® DSP是空间全转录组领域的领先平台，主要针对由多细胞组成的功能单元、细胞亚群和特定组织结构等进行空间原位的全转录组或蛋白质组的表达谱分析。而CosMx™ SMI则着重在空间检测分辨率方面进行了突破性提升，可以实现对组织切片中上6000+种RNA和64+种蛋白质在单细胞和亚细胞水平的原位表达进行检测。GeoMx® DSP和CosMx™ SMI共同为空间生物学的新发现和新突破，提供着前所未有的先进科技力量！
