《International Journal of Molecular Sciences》：Solvent Interaction Analysis: A New Lens for Protein Structure and Diagnostics
编辑推荐：
肝细胞癌（HCC）的肿瘤前沿区（LE）是驱动恶性进展的关键区域，与患者高死亡率及显著瘤内异质性密切相关。多组学整合分析发现LE区SPARC与IGFB P7表达升高，关联基质重塑相关转录程序及免疫耗竭微环境。细胞间通讯与通路分析进一步提示LE相关基质状态与促侵袭
肝细胞癌（HCC）的肿瘤前沿区（LE）是驱动恶性进展的关键区域，与患者高死亡率及显著瘤内异质性密切相关。多组学整合分析发现LE区SPARC与IGFB P7表达升高，关联基质重塑相关转录程序及免疫耗竭微环境。细胞间通讯与通路分析进一步提示LE相关基质状态与促侵袭信号程序存在潜在联系。研究人员开发SpaPred，在空间分辨率下推断HCC时空异质性表现良好，克服现有算法分析组织空间结构组成的局限。结合计算机轨迹扰动与药物基因组学药物反应分析，优先筛选出奥沙利铂（Oxaliplatin）、贝利诺他（Belinostat）和替西罗莫司（Temsirolimus）作为与LE相关转录程序关联的候选化合物，上述药物预测为计算所得，需实验验证。综上，SpaPred为探究HCC空间异质性与候选治疗弱点提供假设生成框架。
研究背景与立项依据：肝细胞癌（HCC）五年相对生存率仅约22%，其复杂瘤内异质性不仅源于癌细胞遗传突变，更来自肿瘤免疫微环境（TIME）中多细胞类型的动态互作。肿瘤前沿区（LE）以侵袭转移活性及血管生成、上皮–间质转化（EMT）等促瘤通路激活为特征。现有单细胞与空间转录组（ST）技术虽能解析细胞组成与坐标，但多数算法仅聚焦细胞类型解卷积或静态映射，无法直接预测时空肿瘤架构与动态TIME状态，且依赖匹配单细胞参考而受批次效应限制。为此，研究人员在《International Journal of Molecular Sciences》报道了整合单细抱时空多组学、系统绘制HCC时空异质性图谱并开发SpaPred框架的研究。
主要关键技术方法：研究汇集12个单细胞转录组数据集（141例原发HCC训练样本）及2个外部验证集（38例），TCGA-LIHC与GSE14520等临床队列用于生存分析；ST训练集2例、外部验证8例，经SpaceRanger比对GRCh38、Seurat预处理与QuPath半自动病理标注划分肿瘤核心（TC）、过渡区、LE。单细胞侧用Seurat v5.1.0整合、Harmony校正批次、inferCNV判定恶性上皮；TIME亚型经Ward D聚类划分为TIME-IK/-IR/-IC/-IS/-ID五模块。空间侧联合CARD、FindTransferAnchors、SPOTlight、RCTD四种解卷积算法映射亚型；SpaPred本身为PCA（50维）+六基模型（1D-CNN、注意力DNN、RF、XGBoost、GBDT、KNN）贝叶斯动态加权融合的分类器，以10折交叉验证与8个独立ST集基准测试。轨迹推演用scVelo动态模型与Dynamo向量场扰动，药物敏感性整合CTRP、GDSC、PRISM、CCLE、gCSI的AAC/IC50及DepMap敲除矩阵，经oncoPredict与DGIdb筛选候选药。
研究结果：
2.1 HCC中TIME异质性组成分析：对330,973个单细胞分13簇并细分，按协同富集归为5个细胞模块（CM1-CM5）。CM1-3（TIME-IK/-IR/-IC）富效应免疫细胞，预后较好；CM4（TIME-IS）为髓系主导的免疫抑制；CM5（TIME-ID）富内皮与癌相关成纤维细胞（CAFs），激活TGF-β与Wnt/β-catenin，属免疫耗竭型，TIME-ID评分与不良趋势相关但需更大队列确认。
2.2 TIME分子互作与异质性图谱：TIME-ID经APP-CD74、CD99、VTN、FN1等配体–受体轴作用于癌细胞，削弱粘附、促进ECM重塑与PI3K-Akt/MAPK激活；TIME-IR借CLEC2C-KLRB1增强NK杀伤。独立队列GSE151530验证亚型稳健。
2.3 HCC空间结构分子互作与功能：组织切片定界1733个LE、1888过渡、627 TC区。LE区VTN/FN1/CD99信号最强，CAF与ECM富集，患者高LE评分预后更差且与转移正相关（GSE14520）。
2.4 构建HCC时空图谱：四种解卷积一致显示LE专属富集TIME-ID/IS；SPARC、IGFBP7作为TIME-ID标记在LE高表达，与VTN负关、与FN1/APP/CD99正关，参与抗粘附侵袭。
2.5 SpaPred预测HCC微环境与空间结构：测试集单模空间区/亚型准确率86.7%/77.9%，融合模型AUC≥0.95、AP≥0.8；10折交叉验证达91.3%/82.7%；在8个外部ST集上综合Accuracy、F1、MCC、ARI、NMI、Kappa、AUC均优于Cell2location、RCTD、SPOTlight、Tangram、Giotto，具双识别（细胞组成+组织内禀空间结构）能力。
2.6 靶向LE候选药预测：RNA速率与Dynamo显示TC→过渡→LE的轨迹末端富集TIME-ID/IS；基于AAC与IC50双指标从245/209个化合物交集成76个，经扰动模拟优先出奥沙利铂、贝利诺他、替西罗莫司；SPARC/IGFBP7敲低后部分HCC细胞系IC50下降，但与药物敏感性方向依上下文而异，机制未定。
讨论与结论翻译：瘤内异质性关联预后不良，但时空演化规则未明。本研究系统绘制HCC时空异质性，证伪LE为被动侵袭带——其通过SPARC/IGFBP7上调联袂VTN、FN1、APP、CD99网络与基质重塑，促成TIME-ID主导的免疫耗竭屏障。SpaPred相较参照解卷积工具可直接输出空间域与TIME亚型，在复杂边界LE识别泛化优。候选药奥沙利铂（铂类DNA损伤/免疫原性死亡）、贝利诺他（HDAC抑制剂/表观可塑性）、替西罗莫司（mTORC1抑制/PI3K-AKT干预）为计算优先，非LE特异，耐药与毒性需PDO/PDX验证。结论：研究人员以时空多组学整合揭示LE作为空间功能单元借基质重塑与免疫耗竭驱动机制，SpaPred提供精确解析框架，为基于空间结构的靶向策略奠基；框架及候选药属假设生成级，需大样本多中心与蛋白级空间技术（mIF、空间质谱流式）前瞻校验。
