空間組學(xué)解析胰腺導(dǎo)管腺癌的靜脈侵犯特征

文章背景 

胰腺導(dǎo)管腺癌（PDAC）是最致命的實(shí)體瘤之一，患者在確診時(shí)往往已發(fā)生遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移。研究顯示，約90%的原發(fā)胰腺癌存在微觀靜脈侵犯（Venous Invasion, VI），這是腫瘤細(xì)胞進(jìn)入血液、播散至肝臟的關(guān)鍵步驟。但令人困惑的是，雖然VI與轉(zhuǎn)移高度相關(guān)，卻并非所有VI的患者都會(huì)復(fù)發(fā)或轉(zhuǎn)移。

本研究由美國(guó)約翰霍普金斯大學(xué)團(tuán)隊(duì)完成，首次利用空間轉(zhuǎn)錄組（GeoMx DSP）和空間蛋白組學(xué)（PhenoCycler），系統(tǒng)解析了人類PDAC樣本中靜脈侵犯區(qū)域的分子特征，為理解腫瘤血管入侵及轉(zhuǎn)移提供了全新的空間視角。

研究設(shè)計(jì) 

團(tuán)隊(duì)采用 GeoMx DSP Whole Transcriptome Atlas平臺(tái)，利用SMA（α-SMA）標(biāo)記血管平滑肌層，Desmin標(biāo)記靜脈平滑肌細(xì)胞，PanCK標(biāo)記腫瘤上皮細(xì)胞，實(shí)現(xiàn)了對(duì)靜脈侵犯部位腫瘤細(xì)胞的特異性空間捕獲與全轉(zhuǎn)錄組分析。

對(duì)8位未經(jīng)治療的 PDAC患者的95個(gè)組織區(qū)域進(jìn)行空間轉(zhuǎn)錄組測(cè)序，涵蓋以下四類組織區(qū)：
● 正常胰腺導(dǎo)管（ND）
● 胰腺癌間質(zhì)區(qū)（PDAC）
● 神經(jīng)侵犯區(qū)（PNI）
● 靜脈侵犯區(qū)（VI）

主要發(fā)現(xiàn) 

1、VI區(qū)腫瘤細(xì)胞呈上皮化趨勢(shì)，分子特征更接近正常導(dǎo)管

主成分分析顯示，VI區(qū)腫瘤細(xì)胞的基因表達(dá)更靠近正常導(dǎo)管，而非腫瘤間質(zhì)區(qū)。VI區(qū)上調(diào)的基因富集于上皮分化與胰腺外分泌功能相關(guān)通路，包括 CFTR、AMY1A、REG1B、GP2 等典型良性上皮標(biāo)志基因。相反，EMT、侵襲和基質(zhì)相關(guān)基因顯著下調(diào)。這些結(jié)果表明，靜脈內(nèi)的腫瘤細(xì)胞反而呈現(xiàn)出更上皮化的狀態(tài)，提示它們可能通過(guò)保持上皮特性的方式實(shí)現(xiàn)集體入侵，而非單細(xì)胞遷移。

2、VI表達(dá)譜對(duì)應(yīng)經(jīng)典型，而間質(zhì)PDAC更偏基底型

根據(jù)Moffitt亞型分類分析，VI 區(qū)富集Classical subtype（GATA6⁺, epithelial-like）基因特征，而PDAC間質(zhì)區(qū)富集Basal-like subtype（KRT17⁺, mesenchymal-like）特征。同一患者體內(nèi)的不同區(qū)域也呈現(xiàn)出這一趨勢(shì)：靜脈內(nèi)癌細(xì)胞呈經(jīng)典型、上皮樣；而間質(zhì)區(qū)癌細(xì)胞呈基底型、間充質(zhì)樣。這一結(jié)果揭示了胰腺癌內(nèi)部存在顯著的空間亞型異質(zhì)性。

3、不同形態(tài)學(xué)類型的VI，對(duì)應(yīng)不同的分子特征

研究者進(jìn)一步將VI分為三類：
VI–IN-like(上皮樣)：保留血管結(jié)構(gòu)，形成新腔道
VI–destructive(破壞型)：破壞血管壁、伴纖維化
VI–conventional(常規(guī)型)：腫瘤團(tuán)塊位于血管腔內(nèi)

結(jié)果發(fā)現(xiàn)VI–IN-like富集MYC及氧化磷酸化通路，分子特征偏上皮樣、經(jīng)典型，而VI–destructive富集EMT與TGFβ通路，更接近基底型、間充質(zhì)表型。即便存在p53、SMAD4、CDKN2A 等驅(qū)動(dòng)基因差異，這種形態(tài)–分子對(duì)應(yīng)關(guān)系依然成立。

4、靜脈侵犯并非轉(zhuǎn)移中間態(tài)

當(dāng)研究團(tuán)隊(duì)將這些VI特征與公開(kāi)的轉(zhuǎn)移性PDAC RNA-seq 數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)時(shí)，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)移灶更接近PDAC間質(zhì)區(qū)，而非靜脈侵犯區(qū)。循環(huán)腫瘤細(xì)胞（CTC）中則同時(shí)存在VI和PDAC的特征基因。這意味著，靜脈侵犯中的癌細(xì)胞可能代表一種獨(dú)立的上皮化侵襲狀態(tài)，并非直接等同于轉(zhuǎn)移播散的分子前體。

5、蛋白組驗(yàn)證：VI- IN-like富集CLDN18.2、GATA6、TFF1

在PhenoCycler空間蛋白組分析中，研究者檢測(cè)了9個(gè)蛋白標(biāo)志物。結(jié)果顯示經(jīng)典型標(biāo)志物 GATA6、CLDN18.2、TFF1在VI–IN-like區(qū)高表達(dá)，基底型標(biāo)志物KRT17、S100A2在PDAC與VI–destructive中更高。VI 標(biāo)志蛋白MUC13、CEACAM5則顯著富集于靜脈侵犯區(qū)域。這一空間蛋白驗(yàn)證進(jìn)一步證實(shí)了靜脈侵犯存在形態(tài)-分子耦合的細(xì)胞狀態(tài)異質(zhì)性。

文章小結(jié)

這項(xiàng)研究首次通過(guò)空間多組學(xué)技術(shù)，系統(tǒng)刻畫(huà)了胰腺癌靜脈侵犯（VI）的分子特征。研究發(fā)現(xiàn)VI區(qū)腫瘤細(xì)胞呈現(xiàn)上皮化、經(jīng)典型特征，而非侵襲性更高的基底型。不同形態(tài)學(xué)類型的VI（IN-like與destructive）對(duì)應(yīng)不同分子狀態(tài)。靜脈侵犯并不等同于轉(zhuǎn)移，而是一個(gè)獨(dú)立的空間生物學(xué)階段。這項(xiàng)研究為理解 PDAC血行靜脈轉(zhuǎn)移的早期分子事件提供了新視角，并為未來(lái)基于空間分型的預(yù)后評(píng)估與靶向治療策略奠定了基礎(chǔ)。