单细胞和空间转录组学分析肿瘤微环境的空间组织作用

　　

加州大学加里分校的研究人员发现，癌细胞在肿瘤中的不同位置存在独特的差异。研究结果表明，肿瘤边缘的细胞可能是指导治疗的关键。

进行肿瘤活检是收集基本信息和诊断疾病的关键第一步。一般来说，活检是从可疑组织、肿块或病变的中心取的，但最近卡尔加里大学的一项研究表明，应该考虑在肿瘤边缘发现的细胞。

“目前的技术使我们能够以一种新的方式看待肿瘤细胞，提供新的理解，”卡明医学院助理教授、首席研究员Pinaki Bose博士说。“我们可以看到在肿瘤中间发现的细胞与在边缘发现的细胞之间的独特差异，这可以帮助指导治疗。”

检查肿瘤中心通常是发现肿瘤的第一步，可以确定肿瘤分期、肿瘤分级、预后和治疗计划。利用一种叫做空间转录组学的技术，一种保留细胞位置特征的分子分析方法，研究人员能够绘制和观察肿瘤中的重要活动，包括细胞的组织如何影响癌症的生物学。

发表在《Nature Communications》上的这项研究显示了细胞结构的重要差异。这篇文章讲述了肿瘤微环境的空间组织对生物学和治疗反应具有深远影响。在此，他们对HPV阴性的口腔鳞状细胞癌（OSCC）进行了综合单细胞和空间转录组学分析，以全面表征肿瘤核心（TC）和前沿（LE）转录结构的恶性细胞。他们展示了TC和LE具有独特的转录谱、相邻的细胞组成和配体-受体相互作用。他们证明与LE相关的基因表达谱在不同的癌症中是保守的，而TC是组织特异性的，突出了肿瘤进展和侵袭的共同机制。此外，他们发现他们的LE基因签名与更差的临床结果相关，而TC基因签名与多种癌症类型的预后改善相关。最后，使用计算机建模方法，描述了OSCC中可预测与药物反应相关的细胞发育的空间调节模式。

研究人员分析了一种特殊类型的口腔癌——口腔鳞状细胞癌，发现肿瘤边缘的细胞与正常组织相互作用，与中间的细胞相比，提供了非常不同的信息。研究小组认为，这些精确的信息可以帮助我们更好地了解肿瘤、它的侵袭性，以及它最有效的治疗方法。

“我们还发现，肿瘤边缘细胞中的基因表达模式并不是口腔癌所独有的，”Bose说。“我们的研究在几种不同类型的癌症中显示了类似的结果，包括乳腺癌、胰腺癌、前列腺癌和肺癌。这是一个意想不到的发现，可能为治疗提供新的靶点。”

研究结果表明，在大多数癌症类型中，肿瘤边缘细胞中的基因标记与较差的临床结果相关，而在与口腔癌起源相似的癌症中，核心细胞中的基因标记与预后改善相关。

Bose说，空间转录组学数据和计算模型的使用为更深入地了解肿瘤生物学铺平了道路，并可以揭示有关肿瘤如何侵入健康细胞，引发转移的原因以及这些细胞如何逃避人体免疫反应的新信息。

他们的工作为TC和LE生物学提供了泛癌症见解，以及交互式空间图谱，可作为开发新型靶向治疗的基础。