项目文章｜空间组学显示肺癌气腔播散样本S100P+TFF1+肿瘤细胞与不良预后相关

气腔播散（STAS）是公认的肺癌侵袭模式，也是术后复发的关键风险因素，然而，其表型和相关的空间结构难以捉摸。近日，中国医学科学院肿瘤医院石远凯教授，北京协和医院临床药理研究中心韩晓红教授作为通讯作者，范光裕、谢同济、杨梦薇作为共同第一作者，在Journal of Translational Medicine（IF=6.1，中科院2区）发表文章，该研究鉴定S100P为STAS的生物标志物，并强调了S100P+TFF1+肿瘤细胞在生存中的不利作用。裕策生物承担该研究中多重免疫荧光（mIF）检测工作。

1. S100P是STAS的标志物

本研究纳入15例非小细胞肺癌（NSCLC）FFPE样本进行空间转录组（ST）检测，其中1例存在STAS，本研究通过inferCNV鉴定肿瘤细胞，比较STAS和非STAS肿瘤细胞的差异基因以及通路特征，挖掘S100P可能作为STAS标志物（图1A-D）。GEO数据库单细胞数据显示肿瘤细胞中S100P比免疫细胞和正常细胞有更高的表达（图1E）。在STAS样本中，S100P在STAS clusters中表达最高（图1F和G）。相反，在其余14个没有STAS的样本中，S100P的表达水平较低（图1F和G）。纳入20例样本进行多重免疫荧光（mIF），结果显示肿瘤细胞有更多的S100P蛋白表达（图1H）。

图1. S100P是STAS的标志物

2. S100P+TFF1+肿瘤细胞的存在与NSCLC预后较差相关

通过研究STAS cluster异质性，肿瘤有5个clusters，正常区域有4个clusters（图2A）。T4和T5展示了TFF1、TFF2和TFF3等标记基因（图2B），T4和T5显示出最高的TGFb和缺氧途径活性，表明其在肿瘤微环境（TME）中具有潜在的促肿瘤作用。T4和T5的signature在公共数据集中对患者的生存产生了不利影响，表明了他们的攻击性表型（图2E）。TFF1是T4和T5的标记基因，可以与STAS标记S100P结合作为侵袭性STAS肿瘤细胞亚群的标记（图2F），单细胞数据库数据显示TFF1主要在S100P+肿瘤细胞中的分布，验证了其作为可能导致STAS的肿瘤细胞亚型标志物的作用（图2H-I）。

图2. STAS样本中的S100P+TFF1+肿瘤细胞与NSCLC的不良预后相关

3.  S100P+TFF1+肿瘤细胞与较差的EGFR-TKI治疗和免疫治疗相关

公共数据集分析显示，与免疫细胞和正常上皮细胞相比，TFF1在肿瘤细胞中的表达更高（图3A-B）。使用mIF在20名NSCLC患者中验证了TFF1在肿瘤细胞中的表达，并使用panCK鉴定肿瘤细胞（图3C）。在NSCLC的bulk转录组学数据中，S100P和TFF1之间的相关系数为0.51，证实了它们之间的潜在相关性（图3D）。为了在蛋白水平上验证这种关联，对20例非小细胞肺癌患者样本进行了S100P和TFF1的mIF标记，观察到S100P和TFF1在NSCLC的肿瘤细胞中同时存在（图3E）。对公共数据集的生存分析显示，S100P或TFF1水平较高的患者总生存期（OS）较短，S100P和TFF1水平均较高的患者临床结果最差（图3F）。

图3. TFF1 和 S100P 相关性

研究S100P+TFF1+肿瘤细胞在接受三线EGFR-TKI治疗的NSCLC患者中的治疗效果，S100P和TFF1在NR患者中均表现出表达水平升高（图4B）。接下来，研究评估了参与开放标签、单臂、I/IIa期临床试验BPI-7711（NCT03386955）的前瞻性队列中S100P和TFF1的水平。该组由186名局部进展或转移性NSCLC患者组成。在纳入调查的186名患者中，57名患者（30.65%）没有出现任何临床改善，而129名患者（69.35%）从药物中获益。ELISA检测显示与R相比，NR中S100P和TFF1水平显著升高（图4C）。随后，研究S100P+TFF1+肿瘤细胞预测免疫疗法对患者疗效的能力。纳入中国39个中心（NCT03150875）进行的开放标签随机试验（ORIENT-3）的转录组学数据。该队列由61名一线化疗失败并被诊断为晚期NSCLC的患者组成，在接受免疫治疗的患者中，S100P和TFF1都富含于NR组（图4E和F）。此外，研究发现TFF1升高的患者治疗效果明显较差（图4E和F）。

图4. S100P+TFF1+肿瘤细胞与较差的EGFR-TKI治疗和免疫治疗反应相关

4. S100P+TFF1+肿瘤细胞self communication中的TGFb信号

作者进一步研究了STAS样本中的细胞相互作用，T4和T5 cluster在所有集群中表现出最高的活性水平，传入和传出的交互次数最多（图5A）。TGFb信号通路最为活跃，这与通路分析中上调的TGFb通路一致。T4/T5释放的TGFB2与TGFBR1、TGFBR2和ACVR1的相互作用在肿瘤细胞上最为显著，而在正常区域则不然（图5D）。这种配体-受体对在T4/T5 cluster的self communication中表现出最强的强度。T4和T5被确定为TGFb信号通路的主要发送者。同时，它们还充当TGFb信号的receivers, mediators, and influencers（图5E）。为了在蛋白水平上验证这一发现，使用panCK抗体标记肿瘤细胞，使用S100P和TFF1标记STAS肿瘤细胞的这种亚型，在20例NSCLC患者的肿瘤样本上构建mIF。研究结果证实，TGFB2作为源自S100P+TFF1+肿瘤细胞的分泌蛋白发挥作用，其作用是激活同一肿瘤细胞上的TGFBR2受体，从而证实了这种配体-受体对之间的独特关系（图5F）。这些发现一致证实了ST水平结果，突出了TGFB2和TGFBR2在S100P+TFF1+肿瘤细胞上的相互作用。这些结果强调了TGFb信号在S100P+TFF1+肿瘤细胞self communication交流中的至关重要性。

图5. S100P+TFF1+肿瘤细胞self communication中的TGFb信号

本研究证实了非小细胞肺癌中STAS的表型，确定S100P为其生物标志物。S100P+TFF1+肿瘤细胞作为STAS肿瘤细胞的亚型，在患者生存时间方面表现出不利作用，并与较差的EGFR-TKI治疗和免疫治疗有关。

范光裕 博士 

中国医学科学院肿瘤医院

• 中国医学科学院肿瘤医院  肿瘤学专业 医学博士
• 导师石远凯教授   从事肺癌及原发性肝癌免疫微环境相关研究
• 以一作和共一发表 SCI  文章 10  篇， 累计影响因子 78.5 分