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發(fā)表雜志名稱：Cancer Cell

中文標(biāo)題：整合單細(xì)胞和空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)揭示胰腺癌神經(jīng)侵襲中的獨特細(xì)胞亞型

英文標(biāo)題：Integrated single-cell and spatial transcriptomics uncover distinct cellular subtypes involved in neural invasion in pancreatic cancer

影響因子：44.5

發(fā)表日期：September 8, 2025

研究概述

作者對 25 名胰腺導(dǎo)管腺癌（PDAC）患者的 62 個樣本進(jìn)行了單細(xì)胞 / 單細(xì)胞核 RNA 測序（sc/snRNA-seq）和空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)分析，以繪制不同神經(jīng)侵襲（NI）狀態(tài)下的細(xì)胞組成、譜系動態(tài)和空間結(jié)構(gòu)。研究發(fā)現(xiàn)，低 NI 腫瘤組織中三級淋巴結(jié)構(gòu)豐富且與非侵襲神經(jīng)共定位，而高 NI 組織中 NLRP3 + 巨噬細(xì)胞和癌相關(guān)肌成纖維細(xì)胞圍繞侵襲神經(jīng)；識別出獨特的神經(jīng)內(nèi)膜 NRP2 + 成纖維細(xì)胞群和三種施萬細(xì)胞亞型，其中 TGFBI + 施萬細(xì)胞位于 NI 前沿，可被 TGF-β 信號誘導(dǎo)，促進(jìn)腫瘤細(xì)胞遷移并與不良生存相關(guān)；還發(fā)現(xiàn)具有不同形態(tài)和高 NI 潛力的基底樣和神經(jīng)反應(yīng)性惡性亞群。該研究揭示了腫瘤相關(guān)神經(jīng)的微環(huán)境，為靶向 NI 的治療開發(fā)提供了思路。

研究結(jié)果

Figure 1：人 PDAC 組織低 / 高神經(jīng)侵襲狀態(tài)的單細(xì)胞和空間解析圖譜

作者展示了研究工作流程示意圖，包括樣本類型（新鮮 PBMC、腫瘤新鮮組織、FFPE 樣本等）、實驗分析（scRNA-seq、snRNA-seq、空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)等）和驗證方法（mIHC 等）（圖 1A）。通過整合 scRNA-seq 和 snRNA-seq 數(shù)據(jù)，用 UMAP 可視化了主要細(xì)胞類型，包括淋巴細(xì)胞、髓系細(xì)胞、成纖維細(xì)胞、施萬細(xì)胞等（圖 1B）。將細(xì)胞分為 CD4+T 細(xì)胞、CD8+T 細(xì)胞、B 細(xì)胞、髓系細(xì)胞和成纖維細(xì)胞五個面板進(jìn)行 UMAP 展示，標(biāo)注了各集群身份及顏色編碼（圖 1C）?；诎唿c基因表達(dá)對空間生態(tài)位進(jìn)行 UMAP 聚類，并在代表性樣本 PA98 中繪制空間生態(tài)位分布（圖 1D）。通過 H&E 染色顯示樣本中侵襲神經(jīng)（紅線）和非侵襲神經(jīng)（藍(lán)線），并通過解卷積確定施萬細(xì)胞豐度（圖 1E）。熱圖展示了解卷積確定的每個空間生態(tài)位中相對細(xì)胞比例（圖 1F）。該圖呈現(xiàn)了 PDAC 組織中細(xì)胞類型的整體分布和空間定位，為后續(xù)分析奠定了基礎(chǔ)。

Figure 2：癌細(xì)胞亞群表現(xiàn)出不同的侵襲潛力

作者對導(dǎo)管細(xì)胞進(jìn)行無監(jiān)督聚類，得到多個亞群并進(jìn)行 UMAP 可視化（圖 2A）。將注釋的惡性亞群與先前發(fā)表的特征進(jìn)行相似性比較，以縮放的基因集分?jǐn)?shù)著色（圖 2B）。通過 H&E 染色展示 4 個惡性亞群的形態(tài)特征，選擇特定惡性亞群比例超過 80% 的空間斑點（圖 2C）。用坐標(biāo)圖顯示惡性亞群的相對豐度，x 軸為 OR 值，y 軸為各亞群在高 NI 和低 NI 組中的平均比例（圖 2D）。脊線圖展示整個切片中空間生態(tài)位的比例，藍(lán)線為低 NI 組，紅線為高 NI 組（圖 2E）。箱線圖展示導(dǎo)管細(xì)胞亞群在惡性導(dǎo)管 1-4 生態(tài)位中的比例（圖 2F）。GO 富集分析顯示 D02_Ductal-APOA2 富集的通路，柱高代表 - log10（p 值）（圖 2G）。熱圖展示不同惡性亞群的 PROGENy 通路分?jǐn)?shù)（圖 2H）。將 hallmark EMT 基因集富集分?jǐn)?shù)轉(zhuǎn)換為密度分?jǐn)?shù)，映射到 UMAP 維度（圖 2I）。底部條形圖顯示通過 ST 數(shù)據(jù)分析的樣本中惡性亞群組成，頂部條形圖顯示每個樣本的惡性導(dǎo)管亞群香農(nóng)多樣性指數(shù)（圖 2J）。H&E 染色展示神經(jīng)侵襲導(dǎo)管細(xì)胞的形態(tài)特征，對應(yīng)不同亞群（圖 2K）。展示惡性亞群在侵襲或非侵襲神經(jīng)周圍（從神經(jīng)邊界 5 個斑點到最近斑點）和侵襲神經(jīng)內(nèi)部的比例（圖 2L）。小提琴圖顯示不同惡性亞群的 NI 相關(guān)基因分?jǐn)?shù)（圖 2M）。mIHC 染色顯示在代表性高 NI 樣本 PA11 中，GABRP 和 KCNN4 在惡性細(xì)胞中共表達(dá)（圖 2N）。該圖揭示了不同惡性細(xì)胞亞群在神經(jīng)侵襲潛力上的差異及其分子和形態(tài)特征。

Figure 3：低 NI 和高 NI 腫瘤微環(huán)境（TME）的細(xì)胞組成差異

作者用棒棒糖圖顯示通過 Ro/e 分析計算的高 NI（紅）和低 NI（藍(lán)）腫瘤組織中各免疫細(xì)胞亞群和基質(zhì)細(xì)胞亞群的相對富集（圖 3A）。比較高 NI 和低 NI 組 21 個切片中三個免疫細(xì)胞亞群的比例，基于 ST 數(shù)據(jù)，采用未配對雙側(cè) Wilcoxon 檢驗（圖 3B）?；诳臻g生態(tài)位比例對 21 個腫瘤樣本進(jìn)行主成分分析（PCA），藍(lán)點為低 NI 組，紅點為高 NI 組（圖 3C）。脊線圖展示整個切片中空間生態(tài)位的比例，藍(lán)線為低 NI 組，紅線為高 NI 組（圖 3D）。散點圖通過 STARTRAC 分析顯示低 NI 和高 NI 組中 T 細(xì)胞亞群的擴(kuò)增指數(shù)和成對遷移指數(shù)（圖 3E）。雷達(dá)圖展示 CD8_Temra-CX3CR1（綠）和 CD8_Tex-CXCL13（粉）在各種空間生態(tài)位中的比例（圖 3F）。mIHC 染色顯示在低 NI PDAC 腫瘤樣本 PA12 中，CD8+CX3CR1+NKG7+T14_CD8_Temra-CX3CR1 位于 TLS 周邊（圖 3G）。蜂群圖顯示使用 miloR 計算的不同巨噬細(xì)胞和成纖維細(xì)胞亞群所在鄰域的 log fold change 分布，僅顯示顯著差異豐度的鄰域（圖 3H）。腫瘤組織中不同亞群的共現(xiàn)情況，點大小代表權(quán)威中心度，邊寬代表樣本間各細(xì)胞類型比例的 Spearman 相關(guān)系數(shù)（圖 3I）。在代表性低 NI 樣本 PA#72（左）和高 NI 樣本 PA#11（右）中，F(xiàn)01_myCAF-MMP11 和 F02_Progenitor-CAF-DPT 的定位和比例（圖 3J）。該圖闡明了低 NI 和高 NI 腫瘤微環(huán)境在免疫細(xì)胞和基質(zhì)細(xì)胞組成上的差異及其空間分布特征。

Figure 4：侵襲神經(jīng)和非侵襲神經(jīng)周圍的微環(huán)境

作者用點圖熱圖顯示在侵襲或非侵襲神經(jīng)周圍微環(huán)境中顯著富集的亞群，點大小代表 - log10（p 值），采用未配對雙側(cè) Wilcoxon 檢驗（圖 4A）。展示從離神經(jīng)最遠(yuǎn)的斑點到最近的斑點共 5 個斑點中空間生態(tài)位的比例，實線為非侵襲神經(jīng)周圍，虛線為侵襲神經(jīng)周圍（圖 4B）。mIHC 染色展示代表性非侵襲神經(jīng)（左，PA14）和侵襲神經(jīng)（右，PA#40）周圍的微環(huán)境（圖 4C）。箱線圖顯示在 9 對相鄰正常和腫瘤組織樣本中，與 TLS 相關(guān)的非侵襲神經(jīng)或侵襲神經(jīng)的百分比（圖 4D）。mIHC 染色顯示在低 NI PDAC 腫瘤樣本 PA#72 中，PI16+FAP+CAFs 圍繞非侵襲神經(jīng)，在高 NI 樣本 PA#28 中，CD138+FAP+CAFs 圍繞侵襲神經(jīng)（圖 4E）。熱圖顯示通過 COMMOT 計算的神經(jīng)周圍發(fā)送者或接收者的縮放信號通路分?jǐn)?shù)（圖 4F）。Circos 圖顯示非侵襲神經(jīng)（發(fā)送者）與 2 個斑點范圍內(nèi)的空間生態(tài)位（接收者）之間的配體 - 受體對（圖 4G）。mIHC 染色展示在 PDAC 腫瘤切片 PA#47 中，LUM + 成纖維細(xì)胞表達(dá) CXCL12，以及 CXCR4+CD20+B 細(xì)胞圍繞非侵襲神經(jīng)（圖 4H）。該圖揭示了侵襲神經(jīng)和非侵襲神經(jīng)周圍微環(huán)境的細(xì)胞組成、信號通路及與 TLS 的關(guān)系差異。

Figure 5：解析非侵襲和侵襲神經(jīng)的細(xì)胞組成

作者用氣泡熱圖顯示 F07_Fibro-NRP2 的特征基因，點大小與表達(dá)特定基因的細(xì)胞比例成正比，顏色強(qiáng)度對應(yīng)所選基因的相對表達(dá)（圖 5A）。在代表性樣本 PA98 中，F(xiàn)07-Fibro-NRP2 的定位和比例，紅線為侵襲神經(jīng)，藍(lán)線為非侵襲神經(jīng)（圖 5B）。在 5 個斑點范圍內(nèi)，一個細(xì)胞類型的豐度對預(yù)測另一個細(xì)胞類型豐度的平均重要性，通過 MistyR 分析（圖 5C）。GO 富集分析顯示 F07_Fibro-NRP2 富集的通路，柱高代表 - log10（p 值）（圖 5D）。非侵襲或侵襲神經(jīng)纖維中不同單核細(xì)胞和巨噬細(xì)胞亞群的比例（圖 5E）。mIHC 染色展示在代表性 PDAC 樣本 PA#51 中，非侵襲神經(jīng)中的 CD68+LYVE1+SPP1 - 巨噬細(xì)胞和侵襲神經(jīng)中的 CD68+LYVE1-SPP1 + 巨噬細(xì)胞（圖 5F）。RNA 速度疊加在單核細(xì)胞和巨噬細(xì)胞的 UMAP 上，箭頭顯示 RNA 速度場（圖 5G）。施萬細(xì)胞亞群的 UMAP 圖（圖 5H）。小提琴圖顯示三個施萬細(xì)胞亞群中 EGR2、MBP 和 MPZ 的表達(dá)（圖 5I）。UMAP 圖顯示 S03_Schwann-SERPINA3 的 4 個代表性特征基因在所有施萬細(xì)胞中的表達(dá)水平（圖 5J）。通過 ST 分析確定的非侵襲和侵襲神經(jīng)斑點中 S03_Schwann-SERPINA3 細(xì)胞的比例，數(shù)據(jù)以均值 ± 標(biāo)準(zhǔn)誤表示（圖 5K）。該圖解析了神經(jīng)內(nèi)部的細(xì)胞組成，包括成纖維細(xì)胞、巨噬細(xì)胞和施萬細(xì)胞的亞型及其在不同神經(jīng)狀態(tài)下的分布。

Figure 6：參與神經(jīng)侵襲的獨特轉(zhuǎn)化施萬細(xì)胞亞型

作者用散點圖描繪三個施萬細(xì)胞亞群在距惡性導(dǎo)管生態(tài)位不同距離的斑點中的分布（圖 6A）。在代表性高 NI 樣本 PA98 中，三個施萬細(xì)胞亞群的空間分布（圖 6B）。mIHC 染色顯示 TGFBI+SOX10 + 施萬細(xì)胞位于侵襲神經(jīng)的侵襲邊緣（圖 6C）?；?- 概念網(wǎng)絡(luò)圖展示 S02_Schwann-TGFBI 中選定的 GO 富集通路及基因關(guān)聯(lián)（圖 6D）。柱狀圖顯示遷移的 PANC-1 細(xì)胞數(shù)量，通過 Transwell 實驗評估 sNF96.2 施萬細(xì)胞對 PANC-1 遷移的影響（圖 6E）。散點圖顯示 S02_Schwann-TGFBI 細(xì)胞的調(diào)控子特異性分?jǐn)?shù)（RSS），x 軸為按 RSS 排序的調(diào)控子等級，y 軸為 RSS（圖 6F）。NicheNet 配體 - 靶標(biāo)矩陣熱圖顯示 TME 中預(yù)測的優(yōu)先配體與 S02_Schwann-TGFBI 中靶基因的調(diào)控潛力（圖 6G）。氣泡熱圖顯示 4 個潛在 TME 亞群和導(dǎo)管細(xì)胞中 TGFB1 和 HGF 的表達(dá)，餅圖顯示相應(yīng)亞群按細(xì)胞類型劃分的比例（圖 6H）。qPCR 定量 20ng/mL TGF-β 或 TGF-β 聯(lián)合 SB505124 處理 24 小時后 sNF96.2 細(xì)胞中 TGFBI、FN1、ABCA8 和 MPZ 的相對基因表達(dá)（圖 6I）。柱狀圖顯示 PANC-1 細(xì)胞向經(jīng) TGF-β 或 TGF-β 聯(lián)合 SB505124 處理的 sNF96.2 細(xì)胞遷移的數(shù)量（圖 6J）。PANC-1 細(xì)胞經(jīng) sNF96.2 上清處理的隨機(jī)遷移實驗，包括軌跡圖、時間 - 速度圖和平均速度小提琴圖（圖 6K）。Kaplan-Meier 曲線顯示 S02_Schwann-TGFBI 特征基因表達(dá)與已發(fā)表隊列預(yù)后的關(guān)聯(lián)（圖 6L）。該圖明確了 TGFBI + 施萬細(xì)胞在促進(jìn)胰腺癌神經(jīng)侵襲中的作用及其調(diào)控機(jī)制。

Figure 7：PDAC 腫瘤中神經(jīng)周圍和內(nèi)部的細(xì)胞組成總結(jié)

作者通過圖形摘要展示 PDAC 中非侵襲神經(jīng)（上）和侵襲神經(jīng)（下）周圍及內(nèi)部的免疫、基質(zhì)、惡性和施萬細(xì)胞亞群，包括血漿細(xì)胞、T 細(xì)胞、LYVE1 + 巨噬細(xì)胞、B 細(xì)胞、NLRP3 + 巨噬細(xì)胞、Tfh 細(xì)胞、成熟 DC、SPP1 + 巨噬細(xì)胞、CD8+Temra、血管、TLS、ABCA8 + 施萬細(xì)胞、祖細(xì)胞 CAF、TGFBI + 施萬細(xì)胞、myCAF、SERPINA3 + 施萬細(xì)胞、NRP2 + 成纖維細(xì)胞、APOA2 + 惡性細(xì)胞、tCAF、GABRP + 惡性細(xì)胞、CEACAM6 + 惡性細(xì)胞等，并標(biāo)注了 TGFβ 的作用（圖 7）。該圖直觀總結(jié)了不同神經(jīng)侵襲狀態(tài)下腫瘤微環(huán)境的細(xì)胞組成及相互關(guān)系。

本研究整合單細(xì)胞 / 單細(xì)胞核 RNA 測序、空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)等多組學(xué)技術(shù)，對 25 名胰腺癌患者的 62 個樣本進(jìn)行分析，揭示了不同神經(jīng)侵襲狀態(tài)下胰腺導(dǎo)管腺癌的細(xì)胞組成、譜系動態(tài)和空間結(jié)構(gòu)。研究發(fā)現(xiàn)低神經(jīng)侵襲組織中三級淋巴結(jié)構(gòu)與非侵襲神經(jīng)相關(guān)，高神經(jīng)侵襲組織中 NLRP3 + 巨噬細(xì)胞和肌成纖維細(xì)胞圍繞侵襲神經(jīng)，識別出 TGFBI + 施萬細(xì)胞可被 TGF-β 信號誘導(dǎo)并促進(jìn)神經(jīng)侵襲，還發(fā)現(xiàn)基底樣和 GABRP + 惡性細(xì)胞具有高神經(jīng)侵襲潛力。這些發(fā)現(xiàn)為理解胰腺癌神經(jīng)侵襲的機(jī)制提供了新見解，也為開發(fā)靶向神經(jīng)侵襲的治療策略奠定了基礎(chǔ)。