利用空间转录组学探索高级别浆液性卵巢癌中细胞间通讯介导的PARP抑制剂耐药机制

《npj Precision Oncology》：Exploring drug resistance via intercellular crosstalk using spatial transcriptomics in high-grade serous ovarian carcinoma

本研究针对高级别浆液性卵巢癌(HGSOC)患者对PARP抑制剂(PARPi)原发性耐药的临床难题，利用Visium空间转录组学技术分析了8例具有明确PARPi敏感性信息的HGSOC样本。研究发现，耐药组肿瘤微环境中MDK信号通路显著上调，并通过体外实验证实MDK可降低卵巢癌细胞对奥拉帕利(olaparib)和顺铂的敏感性。进一步分析揭示SDC4等受体在癌细胞中介导MDK信号传导，且利用公共数据库验证发现SDC4高表达与患者不良预后相关。该研究为理解PARPi耐药机制提供了新的空间转录组学证据。

　　

在卵巢癌治疗领域，聚腺苷二磷酸核糖聚合酶抑制剂(PARP抑制剂)的出现堪称里程碑式的突破，特别是对存在同源重组缺陷(HRD)的患者带来了显著的生存获益。然而，临床上仍有相当部分同源重组功能正常(HRP)的肿瘤表现出原发性耐药，且其分子机制尚未明确。与此同时，尽管对PARP抑制剂获得性耐药机制（如BRCA回复突变等）已有较多研究，但肿瘤微环境(TME)在原发性耐药中的作用仍是未被充分探索的领域。

传统单细胞RNA测序(scRNA-seq)虽能解析细胞异质性，但在样本处理过程中会丢失关键的空间位置信息。而新兴的空间转录组学(ST)技术能够在保留空间背景的前提下进行无偏倚的全转录组分析，为了解肿瘤微环境的功能提供了全新视角。在这项发表于《npj Precision Oncology》的研究中，Hironori Suzuki、Kosuke Yoshida等研究人员利用10x Genomics的Visium平台，对8例具有明确PARP抑制剂敏感性临床信息的高级别浆液性卵巢癌(HGSOC)样本进行了空间转录组学分析，试图揭示肿瘤微环境中细胞间通讯与PARP抑制剂耐药之间的潜在联系。

关键技术方法概述

研究团队收集了8例HGSOC患者的福尔马林固定石蜡包埋(FFPE)样本，根据PARP抑制剂治疗无进展期（敏感组>6个月，耐药组≤6个月）进行分组。利用Visium空间转录组学技术获取全转录组数据和空间信息后，采用SpaCET和STdeconvolve两种反卷积工具对每个点位的细胞类型组成进行估算。通过整合分析（忽略空间信息）和样本内分析（考虑空间信息）两种互补策略，使用CellChat解析细胞间通讯网络。通过体外细胞实验验证MDK对PARP抑制剂敏感性的影响，并利用公共scRNA-seq和bulk RNA-seq数据（GDC数据库497例卵巢癌样本）通过BayesPrism反卷积验证临床意义。

空间转录组图谱构建与细胞类型注释

研究人员首先对8个HGSOC样本进行Visium空间转录组学分析，每个样本获得1152-3291个不等的检测点位。

通过结合SpaCET（基于TCGA数据库拷贝数变异区分恶性点位）和STdeconvolve（无参考反卷积）两种方法，研究人员将每个点位注释为恶性细胞、癌症相关成纤维细胞(CAF)、内皮细胞、巨噬细胞或混合细胞类型。整合8个样本的数据后，UMAP可视化显示大多数点位被成功注释为恶性、CAF或混合类型，且代表性标志物表达与注释结果一致。

敏感组与耐药组的点位特征比较

通过伪批量(pseudobulk)分析，研究人员发现在CAF点位、混合点位和恶性点位中，分别有7、8和8个基因在耐药组中显著上调。值得注意的是，TNFSF10（也称为TRAIL）在CAF和混合点位中均下调，该基因是肿瘤坏死因子家族成员，可选择性诱导癌细胞凋亡。对耐药组上调基因的功能富集分析显示，细胞增殖、血管生成和上皮-间质转化(EMT)相关通路显著富集，提示耐药组肿瘤微环境更具促进作用。

细胞间通讯信号差异分析

通过CellChat进行细胞间通讯分析发现，耐药组中CAF点位和巨噬细胞点位向恶性点位的相互作用数量和强度均增加。

特别值得注意的是，MDK信号通路在耐药组中从CAF点位向恶性点位的信号贡献度从0.000上升至0.444，从混合点位向恶性点位的信号贡献度从0.000上升至0.430。考虑空间信息的样本内分析进一步验证了这一发现，在耐药组所有样本中均观察到MDK信号上调。

MDK减弱PARP抑制剂和顺铂的细胞毒性效应

为验证MDK功能，研究人员在A2780、SKOV3、KURAMOCHI和COV362等卵巢癌细胞系中进行实验。结果显示，虽然MDK单独处理对细胞增殖无显著影响，但可显著降低奥拉帕利在四种细胞系中的细胞毒性效应。此外，MDK也降低了A2780和SKOV3细胞对顺铂的敏感性，表明MDK可能参与广谱的化疗耐药机制。

MDK信号通路的配体-受体对解析

MDK信号通路包含一个配体（MDK）和九个受体。通过分析各配体-受体对的贡献度，发现SDC4在4/4耐药组样本、NCL在3/4样本、ITGA6_ITGB1复合物在2/4样本、ALK在1/4样本中促进MDK信号传导。

利用公共数据验证受体临床意义

为解决Visium分析区域有限的问题，研究人员整合4个公共scRNA-seq数据集（25个样本）作为参考，对GDC数据库中497例卵巢癌bulk RNA-seq样本进行反卷积，估算癌细胞中受体表达水平。生存分析显示，SDC4在癌细胞中的高表达与患者总生存期较差显著相关（p=0.047），在scRNA-seq数据中SDC4也主要表达于癌细胞，支持其在MDK信号传导中的关键作用。

研究结论与意义

本研究通过空间转录组学分析揭示了HGSOC中MDK信号通路在PARP抑制剂耐药中的潜在作用。创新性地采用整合分析（消除样本间偏差）和样本内分析（保留空间信息）相结合的策略，发现耐药组肿瘤微环境中MDK信号显著上调，并通过实验验证MDK可降低卵巢癌细胞对PARP抑制剂和顺铂的敏感性。

研究进一步阐明SDC4等受体在癌细胞中介导MDK信号传导，且利用大样本公共数据验证SDC4高表达与患者不良预后相关。这些发现表明MDK信号通路可能驱动一种独立于HRD状态的广谱耐药机制，为理解肿瘤微环境介导的耐药机制提供了新视角。

尽管存在Visium分辨率限制、样本量较小和样本采集时机等局限性，但本研究通过多层次验证策略，为开发针对肿瘤微环境的联合治疗策略提供了理论依据。未来研究可聚焦于靶向MDK信号通路以逆转PARP抑制剂耐药的治疗潜力，为改善HGSOC患者预后开辟新的方向。