2024年3月，澳大利亚西澳大学研究团队在《Nature Communications》杂志发表了最新研究成果。该项研究综合利用空间全转录组和CosMx单细胞空间分子成像技术，对高级别浆液性卵巢癌（HGSOC）的亚克隆进行了鉴定，并深入探究了不同亚克隆与局部组织为环境中不同类型细胞的通讯和相互作用特征，从空间和分子角度全面阐释了HGSOC的异质性。
Denisenko, E., de Kock, L., Tan, A. et al. Spatial transcriptomics reveals discrete tumour microenvironments and autocrine loops within ovarian cancer subclones. Nat Commun 15, 2860 (2024). https://doi.org/10.1038/s41467-024-47271-y
研究背景
高级别浆液卵巢癌（HGSOC）是一种极具侵袭性的上皮性卵巢癌亚型，是女性生殖系统中致死率最高的恶性肿瘤，75%以上的患者诊断时已是晚期。HGSOC存在不同基因型的亚克隆，瘤内异质性与复发、化疗耐药和预后不良密切有关。该项研究中，研究人员利用多种空间转录组学技术来识别不同的HGSOC亚克隆，并研究它们与浸润细胞群的关联。
研究方法
研究人员使用Visium空间转录组学技术识别出多个肿瘤亚克隆。这些亚克隆表达模式上的差异预示着它们会与不同的基质和免疫细胞群发生不同的关联。由于Visium无法达到真正的单细胞分辨率。
研究人员进一步利用CosMx单细胞空间分析成像技术直观、深入地展示了肿瘤不同亚克隆与免疫细胞、成纤维细胞和内皮细胞之间的不同关联，并通过细胞通讯分析确定了不同亚克隆对基质细胞和免疫细胞的特异性信号，鉴定出多个亚克隆特异性的自分泌环路。
该项研究凸显了HGSOC亚克隆的高度异质性，并通过CosMx单细胞空间转录组技术阐释了亚克隆特异性配体和受体表达模式可能会调节HGSOC细胞与其局部微环境的相互作用。此外，文章还讨论了不同HGSOC的分子亚型与预后的关系。
主要结论
HGSOC亚克隆的单细胞分辨率空间转录组图谱
研究人员使用CosMx Human Universal Panel对5号患者样本进行了单细胞分辨率的空间转录组分析，经过细胞聚类及注释，确定了12个不同的细胞群：2个肿瘤细胞群、4个巨噬细胞亚群、 CCL5+ T细胞群、2个浆细胞亚群、COL3A1+ 成纤维细胞、ENG+ 内皮细胞和KRT17+ 上皮细胞。
图 4｜HGSOC的单细胞分辨率空间分析。图中所示的CosMx SMI 数据来自5号患者样本。
单细胞分辨率下的亚克隆微环境
基于CosMx单细胞空间转录组数据，研究人员使用Squidpy软件调查了每个肿瘤细胞在3个不同距离范围（半径分别为110、340和648 pixels）的邻近细胞。基于此，研究人员就能够区分直接接触肿瘤克隆的细胞、处于局部生态位的细胞和距离较远的细胞。值得注意的是，结果发现最常见的相邻细胞类型是其他肿瘤细胞。最常见的相邻非恶性细胞主要是CCL5+ T细胞和 COL3A1+ 成纤维细胞。值得注意的是，只有 CXCL9+ 巨噬细胞经常与肿瘤细胞相邻。
图 5｜亚克隆微环境及配体-受体分析。
为了进一步研究亚克隆与其他细胞类型的关联，研究人员移除了肿瘤细胞之间的所有同型相互作用，并重新计算了 PTGS1+ 和 PIGR+ 亚克隆与其他细胞之间的异型相互作用。研究人员观察到，CCL5+ T细胞和CXCL9+巨噬细胞都显著富集在两个亚克隆附近。相反，在所有距离上，两个亚克隆附近的LYZ+ 巨噬细胞和SPP1+ 巨噬细胞都一致性地显著减少。随后，研究人员又对PIGR+和PTGS1+亚克隆邻近的非恶性细胞进行了比较。结果表明，C1QC+巨噬细胞、CCL5+ T细胞和IGHG1+ 浆细胞与PIGR+ 克隆的关联性明显更高；而COL3A1+ 成纤维细胞与 PTGS1+ 克隆的关联性明显更高。
利用CosMx数据对肿瘤亚克隆细胞通讯深入分析
接下来，研究人员利用CosMx数据深入探究了PIGR+和PTGS1+亚克隆的细胞通讯，重点研究了在亚克隆中高表达和在亚克隆间差异表达的配体和受体。结果发现，总共有17种配体和11种受体在PIGR+克隆中表达较高，16种配体和14种受体在 PTGS1+ 克隆中表达较高。
该研究表明，含有不同亚克隆的肿瘤区域的细胞组成和组织学差异很大。就患者5的两个亚克隆而言，CosMx单细胞分辨率空间转录组学显示，这两个亚克隆都被CCL5+T 细胞、C1QC+ 和 CXCL9+ 巨噬细胞高度浸润。值得注意的是，这些细胞形成了类似三级淋巴结构的细胞簇，有报道称三级淋巴结构可预测HGSOC的预后。CosMx数据还显示，C1QC+巨噬细胞、CCL5+ T细胞和IGHG1+浆细胞在一个肿瘤亚克隆附近更为丰富，而COL3A1+成纤维细胞在另一个肿瘤亚克隆附近更为丰富。
亚克隆之间的差异表达分析表明，肿瘤亚克隆可能会塑造其局部微环境的组成。在5号患者样本，CosMx数据预测了多个可信的亚克隆特异性信号。例如，PIGR+亚克隆表达了多种配体，包括S100A8、SAA1和CXCL10，预测它们将分别向CXCL9+、C1QC+、LYZ+巨噬细胞、SPP1+巨噬细胞和CCL5+T细胞发出信号。其中，S100A8被确定为一种潜在配体，可促使 C1QC+巨噬细胞与PIGR+克隆产生更高的关联。
基于CosMx单细胞空间转录组数据进行的亚克隆配体-受体分析还揭示了亚克隆特异性自分泌环路，而且其中几个表现出显著的临床相关性。例如，在一个克隆中，多种成纤维细胞生长因子及其受体被上调，从而形成了多个由 FGF - > FGFR 介导的自分泌环路。其中包括作为预后不良标志物的FGF18；由NACT诱导并与复发时间相关的FGF9。
总之，该项研究强调了HGSOC所固有的普遍多克隆性。值得注意的是，在该项研究数据中，多个与不良预后相关的基因在不同亚克隆之间有不同程度的表达。这种多克隆性为个性化分子靶向疗法带来了挑战，需要采取策略解决患者体内所有克隆的共同弱点，或采用针对单个克隆的联合疗法。由于免疫浸润与良好的治疗反应相关，对具有不同微环境的亚克隆的研究为发现可能影响抗肿瘤微环境（如三级淋巴结构）形成的配体提供了机会。利用这些已确定的配体进行治疗干预，有望引导肿瘤获得更积极的疗效。
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