单细胞与空间转录组学揭示肺多形性癌的异质性演变及ECM重塑治疗新靶点

《Communications Biology》：Single-cell and spatial transcriptomic characterization of pulmonary pleomorphic carcinoma

本研究针对肺多形性癌（PPC）分子机制不明确、治疗靶点匮乏的难题，通过整合空间转录组学和单细胞RNA测序技术，首次精准解析了PPC上皮与肉瘤样组分的转录差异。研究发现上皮组分中存在兼具EMT中间态特征和ECM重塑特性的Ep2亚群，其通过整合素信号通路驱动肉瘤样分化，并构建了与LUAD不良预后显著相关的PPC-ECM特征谱。该研究为PPC的靶向治疗和预后评估提供了全新视角。

　　

肺多形性癌（Pulmonary Pleomorphic Carcinoma, PPC）作为非小细胞肺癌中罕见的亚型，因其同时包含上皮性和肉瘤样成分而展现出独特的病理特征。这种肿瘤不仅诊断困难——需通过手术标本确认肉瘤样成分占比超过10%，更因其对传统放化疗的顽固抵抗性而成为临床治疗的棘手难题。尽管既往研究提示MET外显子14跳跃突变（METex14）和PD-L1高表达可能作为潜在治疗靶点，但PPC患者总体预后仍不理想。究其根源，在于传统研究手段难以精准解析其高度异质性的肿瘤微环境中各组分间的动态演化关系。

为破解这一困境，日本冈山大学研究团队在《Communications Biology》上发表了突破性研究。他们首次采用多组学整合分析策略，结合数字空间谱分析（GeoMx DSP）和单细胞RNA测序（scRNA-seq）技术，对9例手术切除的PPC样本进行了全景式解析。研究不仅揭示了PPC驱动基因的多样性，更关键的是发现了上皮组分内部存在一群具有“中间上皮-间质转化（Epithelial-Mesenchymal Transition, EMT）状态”的细胞亚群（Ep2），这群细胞通过细胞外基质（Extracellular Matrix, ECM）重塑和整合素信号通路的激活，主导了向肉瘤样成分的分化进程。

关键技术方法包括：对9例PPC患者手术样本进行全外显子测序（WES）和RNA测序；利用GeoMx DSP对福尔马林固定石蜡包埋（FFPE）组织切片进行空间转录组分析，精准划分上皮区、肉瘤样区、肿瘤间质和非肿瘤区；通过10x Genomics平台开展单细胞转录组测序；运用CIBERSORTx进行免疫细胞浸润分析；结合DoRothEA数据库推断转录因子活性；采用scTour算法构建细胞分化轨迹。

患者特征与基因组变异谱系

全外显子测序显示PPC存在RTK-RAS和Hippo通路高频突变，METex14检出率达22%。与TCGA数据库对比发现PPC肿瘤突变负荷（Tumor Mutational Burden, TMB）与其他非小细胞肺癌亚型无显著差异。RNA测序成功捕获EML4-ALK融合等驱动变异，为后续分子分型奠定基础。

空间转录组学揭示组分间分子边界

通过114个空间区域的转录组分析，研究发现上皮组分高表达CDH1、CLDN1等上皮标志物，而肉瘤样组分则呈现MMP2、ZEB2等间质特征基因上调。尤为关键的是，即便在METex14突变病例中，MET基因及其蛋白表达也仅局限于上皮区域。ECM相关基因呈现“整合素转换”现象：上皮区富集ITGA3（层黏连蛋白结合），肉瘤样区高表达ITGA5（纤连蛋白结合），提示微环境重塑与肿瘤演进密切相关。

单细胞解析肿瘤细胞异质性

单细胞测序成功识别出上皮肿瘤细胞（Ep1、Ep2）和肉瘤样细胞（Sa1、Sa2）亚群。Ep2亚群同时表达上皮（CDH1）和间质（VIM）标志物，且SOX9、KLF5等干性相关转录因子活性显著升高。轨迹分析显示Ep2作为分化起点，通过ECM受体相互作用和WNT信号通路激活，逐步向Sa1细胞状态转化。细胞通讯分析进一步揭示Ep2通过分泌ECM成分与成纤维细胞、肉瘤样细胞形成密集的信号网络。

PPC-ECM特征谱的预后价值

基于空间转录组差异，研究筛选出7个核心ECM基因（SPP1、COL1A1等）构建PPC-ECM特征评分。在TCGA-LUAD队列中，该评分与实体型腺癌等侵袭性亚型显著相关，且高评分患者总体生存期缩短。CPTAC数据库验证显示RNA与蛋白表达水平高度一致（R>0.5），强化了其临床转化潜力。

肿瘤免疫微环境与转移特性

免疫细胞浸润分析发现肿瘤区域浆细胞和B细胞比例升高。差异表达基因鉴定出IGHA1、PIM2、RGS1等免疫调节分子，提示PPC可能存在独特的免疫逃逸机制。转移淋巴结的转录组特征与上皮组分高度相似（R=0.93），暗示上皮成分在淋巴转移中起主导作用。

该研究通过多组学整合策略，首次描绘了PPC生态系统中上皮-肉瘤样成分的动态演化图谱。其中发现的Ep2中间态细胞群，不仅解释了肉瘤样分化的细胞起源，更揭示了ECM重塑在这一过程中的核心作用。所构建的PPC-ECM特征谱为肺癌预后评估提供了新型生物标志物，而整合素信号通路的异常激活则为突破当前治疗瓶颈提供了新方向。这项研究深化了对PPC发病机制的理解，为开发针对肿瘤微环境的重编程治疗策略奠定了理论基础。