基于空间转录组学的恶性细胞分化相关分子分类系统构建及其在前列腺腺癌预后预测中的临床验证

本研究针对前列腺腺癌(PRAD)分子异质性导致的预后差异问题，通过整合空间转录组学技术和回顾性队列验证，成功构建了基于恶性细胞分化(MDPC)的新型分子分类系统。研究人员鉴定出33个恶性细胞分化相关预后基因(MDPGs)，将PRAD分为DPP4+MSMB+、NHP2+NVL+和COL1A1+MYLK+三种亚型，发现COL1A1+MYLK+亚型患者OS(HR=20.72)和PFS(HR=117.00)风险显著升高。该研究为PRAD精准分型和个体化治疗提供了重要工具。

　　

前列腺癌已成为全球男性第二大常见恶性肿瘤，其中前列腺腺癌(PRAD)是最主要的病理类型。尽管早期诊断和治疗手段不断进步，但PRAD的高度异质性导致部分亚型患者预后极差，尤其是易发生骨转移的侵袭性亚型。现有分子分类系统如Decipher、Prolaris等主要基于bulk RNA测序(bulk RNA-seq)，难以揭示单细胞水平的基因表达特征。而单细胞RNA测序(scRNA-seq)虽能解析细胞异质性，却无法保留空间信息。这种技术局限性使得开发更精确的分子分类系统成为临床迫切需求。

为解决这一难题，上海交通大学医学院附属新华医院泌尿外科团队在《Journal of Translational Medicine》发表研究，创新性地结合空间转录组学技术和回顾性临床队列验证，构建了基于恶性细胞分化的PRAD分子分类系统(MDPC)。研究团队首先通过10X Visium空间转录组技术分析4,371个前列腺癌组织位点，结合单细胞数据注释出神经节、免疫、恶性和基质四种spot类型。聚焦恶性spot后，利用Monocle 2算法描绘出三种分化命运轨迹，鉴定出1,561个分化相关基因("Monocle_sig genes")。整合TCGA-PRAD队列生存分析结果，最终确定33个同时关联恶性细胞分化和患者预后的关键基因(MDPGs)。基于这些标志物，采用ConsensusClusterPlus算法将患者分为三个具有显著预后差异的亚型，并通过97例回顾性队列的免疫组化(IHC)验证了其临床价值。

研究采用多组学整合分析策略，关键技术包括：1)10X Visium空间转录组技术解析组织原位基因表达；2)Monocle 2伪时序分析描绘恶性细胞分化轨迹；3)ConsensusClusterPlus算法构建分子亚型；4)TCGA和MET500数据库多组学数据关联分析；5)97例临床队列的免疫组化验证和生存随访。

研究结果部分，"分析流程与spot类型注释"显示，空间转录组分析成功区分出恶性1型(终末分化)、恶性2型(早期分化)和恶性3型三种恶性spot亚群。在"恶性细胞分化命运及相关基因鉴定"中，轨迹分析揭示恶性2型位于分化早期，而恶性1型和3型位于终末阶段，BEAM分析发现关键分支相关基因。"MDPGs定义与MDPC构建"部分显示，整合生存分析筛选出的33个MDPGs中，DPP4、MSMB等基因与良好预后相关，而COL1A1、MYLK等高表达预示不良结局。ConsensusClusterPlus聚类将患者分为三组：MDPC 1型(ACPP、AZGP1等高表达)预后最佳，MDPC 3型(COL1A1、MYLK等高表达)预后最差，5年生存率差异显著。

"多组学相关性分析"揭示MDPC与基因组特征密切关联：高PCA评分组TMB和MSI水平更高，且富含基因组不稳定性特征。免疫分析显示MDPC 1型免疫浸润最丰富，而MDPC 3型对PD-1/CTLA-4抑制剂反应率最低。"调控网络构建"部分发现各亚型特有分子互作模式：DPP4⁺MSMB⁺亚型以AR信号通路激活为特征，COL1A1⁺MYLK⁺亚型则显著富集EMT(上皮-间质转化)和骨转移相关通路。

临床验证部分，"免疫组化验证"证实六种标志物的预后价值：DPP4、MSMB高表达组5年生存率达80%，而COL1A1、MYLK高表达组仅35%。多因素Cox回归显示COL1A1⁺MYLK⁺亚型是独立危险因素(OS的HR=20.72，P=0.0018)。"临床相关性分析"发现该亚型与高级别Gleason评分(67%为9分)、骨转移(38%)和治疗抵抗显著相关，接受内分泌治疗比例达67%，远高于其他亚型。

该研究创新性地从恶性细胞分化角度构建PRAD分子分类系统，其重要意义体现在：1)首次整合空间转录组学解析PRAD异质性，克服bulk RNA-seq的局限性；2)鉴定COL1A1⁺MYLK⁺高危亚型，为临床早期干预提供依据；3)开发的六标志物(IHC)检测panel易于临床转化，可指导个体化治疗选择。研究提出的MDPC分类系统不仅完善了PRAD分子分型框架，更为开发针对不同亚型的精准治疗策略奠定了基础，特别是对易发生骨转移的高危患者识别具有重要临床价值。未来需通过多中心大样本验证，并进一步探索各亚型分子机制以开发靶向治疗。