作者，Evil Genius
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今天我們分享文獻(xiàn)
知識積累
理解與侵襲性前列腺癌相關(guān)的腫瘤微環(huán)境特征，對于精準(zhǔn)診斷和治療至關(guān)重要。
整合分析了包括空間/bulk轉(zhuǎn)錄組、代謝組以及與組織病理學(xué)關(guān)聯(lián)的多組學(xué)數(shù)據(jù)，系統(tǒng)解析了侵襲性前列腺癌患者與術(shù)后10年未復(fù)發(fā)患者的腫瘤微環(huán)境生物學(xué)特征。
數(shù)據(jù)來源
10X visium
侵襲組 (5名)：在37個月內(nèi)出現(xiàn)病情進(jìn)展（4名持續(xù)存在，PSA > 0.1 ng/ml；1名復(fù)發(fā)，PSA > 0.2 ng/ml），其中2名分別在90個月和22個月后確診轉(zhuǎn)移。
非侵襲組 (3名)：盡管診斷時臨床病理特征相似，但在10年隨訪期內(nèi)未復(fù)發(fā)。
多層面空間組學(xué) (n=8)
侵襲性 (n=5)：ISUP 2級1人，3級1人，4級1人，5級2人；手術(shù)時平均年齡59歲（范圍53-73）；平均術(shù)前PSA 23.7。
非侵襲性 (n=3)：ISUP 2級2人，3級1人；手術(shù)時平均年齡59.8歲（范圍55-66）；平均術(shù)前PSA 14.0。
bulk轉(zhuǎn)錄組學(xué)與代謝組學(xué) (n=37)
侵襲性 (n=27)：ISUP 2級7人，3級10人，4級4人，5級6人；平均年齡60.7歲（范圍56-63）；平均術(shù)前PSA 18.7。
非侵襲性 (n=10)：ISUP 2級8人，3級2人；平均年齡62.4歲（范圍51-73）；平均術(shù)前PSA 10.8。
結(jié)果1、基于空間轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)構(gòu)建的侵襲性前列腺癌（APC）與趨化因子富集腺體（CEG）分子特征
兩種基因特征的發(fā)現(xiàn)與定義
APC特征（侵襲性前列腺癌特征）：
- 包含26個基因，能跨所有病理類型區(qū)分侵襲性與非侵襲性患者。
- 其中18個在侵襲性患者中高表達(dá)，且大部分（14個）與免疫應(yīng)答直接相關(guān)。
- 關(guān)鍵點：APC特征所代表的侵襲性轉(zhuǎn)錄組變化不受具體病理類型的限制，在侵襲性患者的癌組織、間質(zhì)乃至部分形態(tài)學(xué)良性的非癌腺體中均呈現(xiàn)高活性。
CEG特征（趨化因子富集腺體特征）：
- 專門針對侵襲性疾病組中那些形態(tài)良性但分子層面已出現(xiàn)異常的非癌腺體。
- 核心是7種趨化因子的上調(diào)。
- 關(guān)鍵點：CEG特征是侵襲性患者所特有的，能精準(zhǔn)識別出一部分具有異常分子表型的非癌腺體。這些CEG高分腺體的周圍間質(zhì)常伴有免疫細(xì)胞浸潤。
特征活性與腺體功能喪失的關(guān)聯(lián)
研究人員通過分析一系列與前列腺正常功能和癌癥相關(guān)的基因集，發(fā)現(xiàn)：
功能喪失：在侵襲性疾病組中，那些APC或CEG特征高活性的"良性"腺體，其管腔細(xì)胞特征和檸檬酸鹽分泌相關(guān)的基因表達(dá)顯著下降。這表明它們雖然看起來正常，但已喪失了健康前列腺腺體的關(guān)鍵功能。
相互排斥：APC/CEG特征與正常的腺體功能特征呈此消彼長的負(fù)相關(guān)關(guān)系。在侵襲性患者中，當(dāng)前者活躍時，后者就被抑制。
重要發(fā)現(xiàn)：這種腺體功能特征的丟失，甚至在遠(yuǎn)離癌組織的、"正常"區(qū)域的腺體中也能觀察到，提示侵襲性前列腺癌的微環(huán)境的影響范圍很廣。
結(jié)果2、APC和CEG分子特征與特定細(xì)胞群體的關(guān)聯(lián)
細(xì)胞關(guān)聯(lián)性確認(rèn)：
APC和CEG特征活性與Club-like細(xì)胞以及髓系和淋巴系免疫細(xì)胞呈顯著正相關(guān)。
同時，這兩個特征與代表健康腺體功能的管腔上皮細(xì)胞呈最強(qiáng)的負(fù)相關(guān)。
細(xì)胞來源解析：
對特征中單個基因的分析表明，多個上調(diào)的APC特征基因（如LCN2, LTF, SAA1, CXCL17等）和所有CEG特征中的趨化因子（如CXCL1, -3, -6, -11, CCL20）與Club-like細(xì)胞的相關(guān)性最高。
這強(qiáng)烈提示Club-like細(xì)胞是這些特征性趨化因子的一個重要細(xì)胞來源。
生物學(xué)意義：
在侵襲性前列腺癌患者中，那些靠近癌組織的、看似良性的非癌腺體，正在發(fā)生一種"功能喪失"的轉(zhuǎn)變：它們失去了正常的管腔特征和檸檬酸鹽分泌功能，同時富集了Club-like細(xì)胞和免疫細(xì)胞，并表現(xiàn)出高的APC和CEG特征活性。
結(jié)果3、趨化因子受體的作用、炎癥來源的排查，以及將分子特征應(yīng)用于bulk樣本的診斷潛力
關(guān)鍵受體鑒定：
在CEG特征所含的CXC趨化因子中，非典型趨化因子受體1（ACKR1） 被確定為在侵襲性疾病組中占主導(dǎo)作用的受體。
細(xì)胞相互作用分析和單細(xì)胞數(shù)據(jù)證實，ACKR1主要由內(nèi)皮細(xì)胞表達(dá)。
排除細(xì)菌感染：
通過細(xì)菌抗原（LPS/LTA）染色，發(fā)現(xiàn)只有極少數(shù)細(xì)胞呈陽性，且APC/CEG特征的活性與細(xì)菌感染信號無關(guān)聯(lián)。
這表明觀察到的炎癥并非由急性活動性細(xì)菌感染引起，更可能是腫瘤微環(huán)境本身導(dǎo)致的"無菌性"炎癥。
bulk樣本的驗證與挑戰(zhàn)：
在更大的bulk RNA測序隊列中驗證了這兩個特征：
APC特征在侵襲性疾病組的樣本中活性顯著更高，其預(yù)測侵襲性疾病的效能達(dá)到AUC=0.75，表現(xiàn)穩(wěn)健。
CEG特征在bulk數(shù)據(jù)中的區(qū)分能力較弱（AUC=0.66），且患者個體間變異很大。
空間分辨率至關(guān)重要：bulk分析削弱了CEG特征的信號，因為它無法像空間技術(shù)那樣精準(zhǔn)定位到少數(shù)異常的腺體，這凸顯了空間轉(zhuǎn)錄組在發(fā)現(xiàn)局部、細(xì)微變化方面的獨特優(yōu)勢。
結(jié)果4、空間代謝組學(xué)和bulk代謝組學(xué)數(shù)據(jù)，揭示了APC和CEG分子特征活性與前列腺組織代謝重編程的直接關(guān)聯(lián)
特征性代謝變化：
檸檬酸鹽和鋅：在APC/CEG特征低活性區(qū)域（代表健康腺體）水平最高，隨著特征活性升高而顯著下降。這與轉(zhuǎn)錄組層面觀察到的管腔功能喪失完全一致。
能量代謝物：ATP水平在高特征活性區(qū)域降低，而AMP、ADP水平升高。
其他代謝物：谷氨酸、谷氨酰胺、葡萄糖、谷胱甘肽、牛磺酸等在特征高活性區(qū)域水平升高，顯示出活躍的合成代謝和應(yīng)激狀態(tài)。
空間與bulk數(shù)據(jù)的一致性：
在空間代謝組數(shù)據(jù)中，這些代謝變化趨勢非常清晰和顯著。
在bulk代謝組數(shù)據(jù)中，核心趨勢（如檸檬酸鹽下降）仍然存在，但信號強(qiáng)度被稀釋，變化不如空間數(shù)據(jù)明顯。這再次凸顯了空間分辨技術(shù)對于捕捉局部微環(huán)境變化的敏感性。
核心結(jié)論：
APC和CEG特征的高活性，在轉(zhuǎn)錄組和代謝組兩個層面都標(biāo)志著前列腺腺體從健康的分泌狀態(tài)（高 citrate/鋅）向促腫瘤的代謝狀態(tài)轉(zhuǎn)變。
這種代謝重編程與特征所捕獲的炎癥過程密切相關(guān)。
結(jié)果5、APC分子特征在大型公共數(shù)據(jù)集中被證實是預(yù)測侵襲性前列腺癌的強(qiáng)有力指標(biāo)
APC特征的預(yù)測效力：
在包含1,588名患者的四個獨立隊列中，高APC特征評分能顯著預(yù)測生化復(fù)發(fā)。
在最大的META855隊列中，高APC特征評分還能顯著預(yù)測遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移的風(fēng)險。
多變量分析證實，APC特征是生化復(fù)發(fā)的獨立預(yù)測因子。
CEG特征的預(yù)測效力：
CEG特征在所有驗證隊列中也顯示出風(fēng)險增加的趨勢，但預(yù)測能力遠(yuǎn)不如APC特征穩(wěn)健，僅在一個隊列中達(dá)到統(tǒng)計學(xué)顯著性。
結(jié)果6、APC and CEG signature are associated with Club-like cells and reduced luminal function
與已知商業(yè)標(biāo)志物的關(guān)聯(lián)：
APC特征與GPS和Decipher這兩個商用特征呈中度正相關(guān)，這從分子層面交叉驗證了APC特征確實捕獲了侵襲性、易復(fù)發(fā)前列腺癌的生物學(xué)特性。
關(guān)鍵的生物學(xué)關(guān)聯(lián)得以確認(rèn)：
與Club-like細(xì)胞的強(qiáng)關(guān)聯(lián)：當(dāng)將APC和CEG特征拆分為上調(diào)（陽性）部分和下調(diào)（陰性）部分后，發(fā)現(xiàn)它們的上調(diào)部分與Club-like細(xì)胞呈強(qiáng)正相關(guān)。這證實了特征中的促炎信號確實來源于Club-like細(xì)胞，且這一結(jié)論在大型隊列中依然成立。
與腺體功能喪失的關(guān)聯(lián)：兩個特征均與檸檬酸鹽分泌特征呈顯著負(fù)相關(guān)，且這種負(fù)相關(guān)比與管腔細(xì)胞特征的負(fù)相關(guān)更強(qiáng)，突出了其特征核心是腺體分泌功能的喪失，而不僅僅是某種細(xì)胞數(shù)量的減少。
空間數(shù)據(jù)的獨特價值：
在bulk數(shù)據(jù)中，CEG特征的上下調(diào)部分并未像在空間數(shù)據(jù)中那樣顯示出負(fù)相關(guān)關(guān)系。
這表明空間轉(zhuǎn)錄組能捕捉到bulk數(shù)據(jù)無法發(fā)現(xiàn)的、局部區(qū)域內(nèi)特異性的分子組合模式，再次強(qiáng)調(diào)了其在解析腫瘤微環(huán)境復(fù)雜性方面的不可替代性。
