空间转录组学揭示甲状腺癌去分化过程中的转录组与免疫微环境重编程机制

本研究通过空间转录组测序（spRNAseq）技术，首次系统描绘了甲状腺癌从分化型（DTC）向未分化型（ATC）演进过程中转录组与肿瘤免疫微环境（TIME）的动态重编程特征。研究发现PDCD4-TYMP??TAMs-eIF4A轴是驱动免疫抑制微环境形成的关键机制，为靶向翻译调控通路联合免疫治疗提供了新策略。

　　

引言

甲状腺未分化癌（ATC）作为起源于甲状腺滤泡上皮的高度侵袭性恶性肿瘤，其病理特征表现为显著的细胞多形性、核异型性和甲状腺特异性分化标志物的完全缺失。尽管仅占甲状腺癌的1-2%，但中位总生存期仅约5个月，五年生存率不足5%，临床预后极差。与分化型甲状腺癌（DTC）相比，ATC展现出深刻的免疫抑制性肿瘤微环境（TIME），富含M2样肿瘤相关巨噬细胞（TAMs）和功能耗竭的CD8?? T细胞。本研究通过空间转录组测序技术，首次在组织架构背景下解析了DTC向ATC转变的多维动态过程。

单样本空间转录组分析

研究团队对7例同时含有ATC/低分化甲状腺癌（PDTC）与DTC区域的样本进行空间转录组测序（spRNAseq），通过甲状腺分化评分（TDS）和甲状腺谱系标志物（TG、PAX8等）验证了区域间的分化梯度差异。差异表达基因分析发现，低分化区域显著上调CD163、TYMP等免疫抑制相关基因，而下调PDCD4、TG等分化相关基因。空间转录组梯度（STG）分析揭示，从高分化向低分化过渡时，上皮-间质转化（EMT）和缺氧通路被逐步激活。

多样本整合揭示肿瘤异质性

通过Harmony算法整合多样本数据，鉴定出16个特征性生态位：4个DTC生态位（如CITED1??）、3个高分级滤泡细胞源性甲状腺癌（HGFCTC）生态位、2个ATC生态位（SERPINE1??纺锤细胞型与KRT5??鳞状细胞型）以及多个免疫/基质生态位。值得注意的是，全外显子测序（WES）和拷贝数变异（inferCNV）分析显示，共存的DTC区域已携带与ATC相当的基因组变异负荷，提示去分化可能早于病理形态学改变。

伪时序分析描绘去分化轨迹

Monocle3和Slingshot算法重建的伪时序轨迹清晰呈现了从CITED1?? DTC→SIGLEC6?? HGFCTC→SERPINE1?? ATC→KRT5?? ATC的演进路径。该过程伴随四个特征性转录状态的转换：状态1（ECM重塑）、状态2（分化维持）、状态3（免疫抑制）和状态4（短暂激活的激素代谢）。核心调控基因PDCD4和TYMP在轨迹中呈现动态变化，其中PDCD4低表达与患者不良预后显著相关。

TYMP?? TAMs的时空演化

多重免疫荧光（MIF）和Cell2location分析证实，TYMP??CD163?? TAMs在ATC区域特异性富集。这些细胞通过分泌TGF-β等因子，与CD8?? T细胞、内皮细胞和成纤维细胞建立密切互作网络。空间通路分析显示，TYMP?? TAMs富集区域显著激活血管生成和TGF-β信号通路，可能通过塑造免疫抑制性生态促进肿瘤进展。

PDCD4缺失的分子机制

免疫组化显示PDCD4表达随分化程度降低而逐级丢失。机制研究发现，PDCD4通过结合真核起始因子4A（eIF4A）抑制翻译起始复合体形成，其缺失导致eIF4A依赖性蛋白翻译异常激活。蛋白质组学分析揭示，PDCD4敲除后细胞内CEBPB、SEMA7A等转录因子及分泌组中TGFBI、MMP9等促M2极化因子翻译显著增强。多核糖体分析进一步证实，PDCD4缺失特异性提升免疫调节相关mRNA的翻译效率。

治疗转化价值

在动物模型中，eIF4A抑制剂CR-1-31-B处理显著抑制肿瘤生长，并促使TIME从M2型（CD11B??CD163??）向M1型（CD11B??CD80??）转化。该发现为临床现有eIF4A抑制剂（如Zotatifin）的适应症拓展提供了理论依据，提示靶向PDCD4-eIF4A轴可能成为逆转ATC免疫抑制微环境的新策略。

结论

本研究首次通过空间多组学技术解析了甲状腺癌去分化的时空动态规律，阐明PDCD4-eIF4A-TYMP??TAMs轴在免疫微环境重塑中的核心作用。这不仅为理解甲状腺癌恶性转化提供了新视角，更为开发基于翻译调控的联合免疫治疗方案奠定了理论基础。