DSP+組織芯片助力剖析肌層浸潤性膀胱癌微環(huán)境

近日，曼徹斯特大學研究團隊在《Communications Biology》上發(fā)表了題目為“Digital spatial profiling of the microenvironment of muscle invasive bladder cancer”的文章，研究人員利用DSP技術生成了第一個膀胱癌（MIBC）的全轉錄組空間數據集，其中包含對腫瘤、基質和免疫浸潤區(qū)域的檢測，為了解膀胱癌疾病的分子亞型提供了見解。基于DSP原位信息，研究人員開發(fā)了一種新的配體-受體信號傳導的分析方法，這為在分子水平上理解MIBC的多樣性提供了新的見解。

 
01 主要結論

1. 基于DSP數據集分析MIBC中腫瘤、基質和免疫浸潤區(qū)域的基因表達及細胞類型

利用GeoMx數字空間剖析（DSP）方法對膀胱癌組織芯片（TMA）進行轉錄組空間分析。分割出腫瘤（Pan-CK陽性）、基質（Pan-CK陰性）和免疫浸潤（Pan-CK陽性和CD45陽性）ROIs。使用UMAP降維技術、火山圖、IPA分析、以及空間去卷積分析對腫瘤、基質、免疫浸潤區(qū)域進行轉錄組特征分析，以及各區(qū)域的細胞類型和信號通路特征研究，得到了以下主要結果：

1) 腫瘤ROIs富含參與翻譯和 EIF2 信號傳導相關的基因；免疫浸潤ROIs富含與免疫和炎癥相關的通路，并且與IL4、TNF和STAT3等炎癥相關調節(jié)因子的激活一致。

2) 腫瘤ROIs富含惡性和尿路上皮細胞，基質ROIs主要由肌纖維相關的癌癥相關成纖維細胞組成，其中B細胞是基質內最豐富的免疫群體，T細胞和巨噬細胞的比例在基質ROIs之間有所不同。

3) 基底亞型富含KRT5和中性粒細胞脫顆粒、干擾素和HIF1a信號通路，混合亞型富含GATA3和PPARα調控的脂質代謝相關基因。

 
2. 利用DSP開發(fā)配體-受體信號分析方法揭示MIBC中的信號傳導網絡

配體-受體信號分析方法：在腫瘤中，配體從一個區(qū)域分泌出來，激活鄰近區(qū)域中的受體，這些受體隨后激活信號通路和轉錄因子，最終導致目標基因的表達。使用NicheNet（一種為單細胞數據開發(fā)的配體-受體分析方法），生成DSP數據集中所有配體-受體對的數據庫。計算所有配體及其目標基因在發(fā)送區(qū)和接收區(qū)之間的Pearson相關系數，以平均Pearson相關系數（r ≥ 0.2）作為活躍配體信號的度量。

通過該方法首次原位鑒定了膀胱癌中的活性配體信號網絡，識別出15種從基質發(fā)出的配體，以及19種源自腫瘤區(qū)域的配體，它們分別激活了基質或腫瘤中的目標基因。配體靶標的基因集富集表明：1）基質靶標富含參與ECM組織和分解的基因，包括基質金屬蛋白酶 MMP2。2）腫瘤靶標富含參與細胞增殖、G1/S轉換和抑制細胞凋亡的基因。這些數據表明，腫瘤靶向配體促進細胞生長和存活，而基質靶向配體促進ECM的重組和分解。通過配體表達與細胞比例相關聯，發(fā)現B細胞、內皮細胞和MyoCAFs 比例與一系列活性配體相關，表明它們可能是MIBC中配體信號傳導的主要來源。

配體-受體信號傳導確定了九種活性配體，它們從免疫浸潤ROI向相鄰的腫瘤ROI發(fā)出信號。活性水平較高的配體是GPNMB和SERPINE1，可以激活VEGFA的表達，免疫熒光染色也證實了這一點�；�因集富集確定了參與免疫反應和應激反應的基因，以及血管生成和缺氧相關基因。通過NicheNet包推斷SERPINE1最可能的信號通路是通過LRP1受體實現，通過SRC和SHC1發(fā)出信號，而GPNMB最可能通過EGFR、STAT3和HIF1A發(fā)出信號。GPNMB是一種糖蛋白，已被證明可以促進多種癌癥類型的侵襲性，配體-受體分析以及基因富集分析表明GPNMB可能在刺激基底腫瘤的血管生成中發(fā)揮作用。

02 總結

該研究利用DSP空間檢測技術生成了第一個膀胱癌的全轉錄組空間數據集，其中包含對腫瘤、基質和免疫浸潤區(qū)域的分析，這為了解疾病的分子亞型提供了見解。而新開發(fā)的配體信號傳導分析方法有助于進一步了解膀胱癌的進展及治療。