日程
在过去十年中，单细胞技术揭示了肿瘤免疫微环境在基因组、转录组和蛋白组水平上的异质性，加深了我们对肿瘤发展机制的理解。然而，单细胞技术的研究丢失了有关肿瘤免疫微环境的空间信息，例如细胞位置和细胞间的相互作用。
空间组学技术正为我们提供独特的视角解析肿瘤微环境及其宿主的复杂相互作用。对正常组织和癌变组织的基因组、转录组、蛋白组和代谢组的研究揭示了不同区域中细胞组成的差异、肿瘤免疫细胞的相互作用和肿瘤进展的相关性。
针对结直肠癌的研究，小编为大家整理了3篇时空组学研究思路，以供借鉴。
结直肠癌中空间组织化的多细胞免疫中枢
期刊：Cell
影响因子（IF）：66.86
样本类型：癌组织、癌旁组织
研究队列：
34例错配修复缺陷型（MMRd）的CRC的肿瘤组织
28例错配修复完整型（MMRp）的CRC的肿瘤组织
36例患者癌旁正常的组织
分组信息：MMRd CRC vs MMRp CRC vs 癌旁组织
检测方法：单细胞转录组分析、空间转录组分析
研究结果：
scRNA-seq检测分析
1）得到包含T细胞、NK细胞、B细胞、浆细胞、骨髓细胞、间质/内皮细胞和上皮细胞7个主要的细胞群。
2）在MMRd肿瘤中，通过单核细胞和巨噬细胞重塑，增强免疫响应。
3）与癌旁组织相比，MMRd与MMRp都有较为明显的T细胞亚群的差异。在MMRd肿瘤中富集的簇中富集CXCL13+T细胞和PDCD1+γδ样T细胞，而IL17+T细胞在MMRp肿瘤中富集。
4）与癌旁组织相比，MMRd和MMRp肿瘤中高度改变的内皮细胞，具有更多的血管生成程序活性和免疫相关基因表达的变化。
5）与癌旁组织相比，3个免疫相关程序在MMRd和MMRp恶性细胞之间显示活性升高：ISG（包括干扰素γ靶标）和MHC II类基因程序在MMRd中比 MMRp更活跃；在MMRd中ISG（I型干扰素靶点）和MHC I类基因程序相对于MMRp轻度升高
图1. 单细胞测序分析不同分组中的细胞类型和转录本信息
空间转录组学分析
为了验证ISG/MHC-II恶性上皮区和CXCL13 T细胞程序的共活性，作者通过3个肿瘤的组织切片进行了空间转录分析（GeoMx数字空间分析），在匹配scRNA-seq数据中这些肿瘤显示出高CXCL13 T细胞程序活性。作者对每个肿瘤切片的45个感兴趣区域 (ROI) 进行了分析，并将每个区域进一步分割为上皮与非上皮区域，结果显示所有区域的恶性上皮区域的ISG表达与相邻非上皮区域的CXCL13表达呈正相关，进一步支持了该枢纽中恶性肿瘤和T细胞之间的潜在相互作用。
图2. 空间转录组（DSP-WTA）探究CXCL13在PanCK-/PanCK+区域的表达
应用单细胞+空间组学揭示结直肠癌FAP+成纤维细胞和SPP1+巨噬细胞的相互作用
期刊：Nature Communications
影响因子（IF）：16.6
样本类型：癌组织、癌旁组织
研究队列：5个 肿瘤组织（2例结肠腺癌(COAD)，3例直肠腺癌(READ)），5 个对应的癌旁，
分组信息：癌组织 vs 癌旁组织
检测方法：10x单细胞、空间组学
研究结果：
scRNA-seq检测分析
1）构建肿瘤与癌旁组织单细胞转录组图谱，尽管均存在9种主要细胞类型，但每种主要细胞类型的浸润程度不同，也反映了CRC进展阶段的差异。
2）与正常组织相比，来自肿瘤的 MSC、EC 和骨髓细胞中缺氧的标志基因集更加丰富。与正常粘膜细胞相比，肿瘤浸润骨髓细胞和 T/ILC 表现出更多的代谢相关基因富集。
3）CRC 样本中 FAP+成纤维细胞显著富集。并且，FAP + 成纤维细胞浸润程度较高的 CRC 患者在 TCGA 和 GSE17536 相关队列中表现出较短的 PFS。
4）与非恶性结肠组织相比，结直肠癌中SPP1+巨噬细胞显著增加，而THBS1+巨噬细胞无显著变化。并且，SPP1+巨噬细胞的高浸润与较差生存率相关
图3. 单细胞转录组分析图谱
空间转录组学分析
1）对每个簇中来自 scRNA-seq 数据（前 25 个特异性表达基因）的 FAP+ 成纤维细胞或 SPP1+ 巨噬细胞特征进行评分，结果显示 FAP+ 成纤维细胞和 SPP1+ 巨噬细胞共定位在同一点的簇并包裹在恶性上皮细胞周围。此外，FAP+成纤维细胞或SPP1+巨噬细胞的特征评分显示出显着的正相关性。
2）空间转录组数据集中发现了 FAP+ 成纤维细胞和 SPP1+ 巨噬细胞在有助于促纤维增生结构形成的途径中高度活跃的斑点，包括细胞外基质组织、胶原纤维组织和对 TGF-β 的反应。
3）FAP+成纤维细胞可以通过粘附配体-受体对COL1A1/LAMA1-ITGB1直接与SPP1+巨噬细胞接触；FAP+成纤维细胞通过TGF-β超家族基因TGFB1和INHBA的表达增强SPP1+巨噬细胞的促炎活性、通过RARRES2-CMKLR1与SPP1+巨噬细胞相互作用
图4. 空间转录组学揭示FAP+纤维细胞和SPP1+巨噬细胞的共定位
独特的多细胞免疫抑制中心为左侧和右侧结肠癌提供不同的干预策略
期刊：Cell Reports Medicine
影响因子（IF）：11.7
样本类型：癌组织、癌旁组织
研究队列：发现队列26例、验证队列66例、免疫治疗队列13例
分组信息：左半结肠癌 vs 右半结肠癌
检测方法：单细胞转录组分析、空间转录组分析、多重免疫组化
研究结果：
scRNA-seq分析
1）在LT中，增殖干细胞性（Proliferation Stemness, PS）元程序高表达的恶性上皮细胞与糖酵解和增殖相关途径的显著富集有关，且与Ki-67和LDHA蛋白表达水平正相关，表明PShigh与肿瘤增殖活跃相关
2）在RT中，免疫分泌性（Immune Secretory, IS）元程序高表达的细胞与缺氧和免疫相关途径的显著富集有关，且与CAIX蛋白表达水平正相关，表明IShigh与肿瘤微环境中的缺氧和免疫逃逸相关
图5. 单细胞转录组分析左右半结直肠癌免疫微环境差异
空间组学分析
1）在LT中，PShigh恶性上皮细胞在高糖酵解细胞区域富集，且与Mph-PLTP细胞、活化的Tregs和CD8LAYN细胞共定位
2）IShigh恶性上皮细胞在RT缺氧区域富集，且这些区域与Mph-SPP1细胞和CD8-CD161 T细胞紧密相连
图6. 空间转录组学揭示PShigh和IShigh空间定位
scRNA-seq数据和临床治疗信息相关性分析
1）比较+ICI/pCR组和-ICI组的巨噬细胞，研究发现ICI治疗导致与内吞作用、吞噬作用、抗原受体介导的信号通路和T细胞激活相关的基因在巨噬细胞中上调
2）在对ICI治疗有病理完全反应（pCR）的患者中，Mph-SPP1细胞的比例显著降低
3）ICI治疗与CD8+T细胞的细胞毒性、耗竭和增殖相关
4）ICI治疗可促进CD8-CD161细胞向CD8-GZMK细胞的转化，并阻断CD8-CD161细胞向CD8-LAYN细胞的转化，从而增强RT中的抗肿瘤免疫。
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