原发性和转移性ALK基因重排的非小细胞肺癌（NSCLC）的空间转录组学研究揭示了具有位点特异性的适应性变化

《Current Problems in Cancer》：Spatial transcriptomics of primary and metastatic ALK-rearranged NSCLC reveals site-specific adaptations

　　

摘要

引言

基因改变和肿瘤微环境（TME）影响间变性淋巴瘤激酶重排的非小细胞肺癌（ALK+ NSCLC）的治疗反应。本研究绘制了淋巴结转移（LNT）中的位点特异性TME适应性和探索性风险相关特征，以研究转移进化过程。

方法

我们对16例患者的肿瘤（PanCK+）和基质（PanCK-）组成部分进行了空间转录组学分析，包括原发性肺肿瘤（LT，n = 3例）、淋巴结转移（LNT，n = 10例）和脑转移（BT，n = 3例），并使用了三个位点匹配的非肿瘤对照组。利用癌症基因组图谱-肺腺癌（TCGA LUAD）队列评估了LNT衍生的预后特征。

结果

观察到了不同的、位点特异性的TME特征。LNT基质中纤维母细胞和巨噬细胞富集，而肿瘤部分则中性粒细胞增多。BT表现出与巨噬细胞相关的免疫抑制性TME。肿瘤细胞表现出不同的进化趋势：LT保持肺组织特征，倾向于翻译相关通路；LNT细胞趋向于衰老和表观遗传重塑；BT细胞则激活了A/1类（视紫红质样）受体、GPCR和药物代谢通路。在LNT中发现了探索性风险相关差异。低风险病例（n = 6）显示出适应性免疫特征，而高风险病例（n = 4）则表现出基质MET信号通路和应激反应通路的富集。由于风险组之间的治疗暴露差异显著，这些观察结果应作为假设生成的基础。TCGA LUAD分析提示了免疫相关标记的广泛生物学意义，但反映的是肺腺癌的普遍特征而非ALK+特异性特征。GCLC和TIMP1的不一致关联强调了空间背景的重要性。

结论

位点特异性的微环境可能影响ALK+ NSCLC在转移微环境中的肿瘤适应。这些探索性风险相关发现需要在更大规模、接受统一治疗的队列中进行验证。

引言

肺癌仍然是全球癌症死亡的主要原因，其中大约5%的非小细胞肺癌病例由ALK基因重排引起。NSCLC的治疗策略取决于临床分期和是否存在可操作的基因改变（AGAs）。对于早期NSCLC，手术切除仍是主要的治愈方法。在没有AGAs的情况下，术前和术后的免疫疗法结合使用显著提高了无病生存期。新辅助免疫疗法越来越多地被用于控制微转移和改善病理反应。对于无法切除的III期或无AGAs的转移性NSCLC，铂类化疗结合或不结合免疫疗法仍是标准治疗。

在可切除的ALK重排NSCLC中，辅助阿莱克替尼（aleckinib）在无病生存期方面显示出比化疗更显著的优势。此外，鉴于免疫疗法和化疗在该亚型中的疗效有限，酪氨酸激酶抑制剂（TKIs）已成为首选的一线治疗手段。尽管ALK重排NSCLC对TKIs高度敏感，但临床结果和治疗疗效在不同患者和转移部位之间存在显著差异。影像学研究表明，ALK+ NSCLC具有明显的转移倾向：93%的患者伴有胸腔淋巴结受累，20%伴有远处淋巴结转移，29%伴有脑转移。第一代TKIs受到血脑屏障（BBB）的限制，导致颅内药物浓度较低，因此在脑转移中的疗效低于颅外部位。第三代TKIs如洛拉替尼（lorlatinib）在脑转移中的中枢神经系统（CNS）渗透性和疗效优于前者。然而，由于异质性耐药机制的出现，治疗反应仍存在差异。

肿瘤微环境（TME）是治疗抵抗力的关键决定因素。ALK+ NSCLC的TME与免疫抑制特征相关，包括M2型巨噬细胞、调节性T细胞和IL-10表达升高。空间分析表明，巨噬细胞表型和基因表达模式与治疗敏感性和抵抗力相关。肿瘤细胞、免疫成分和血管的空间组织是肿瘤进展和治疗疗效的关键决定因素。然而，传统的分析方法无法捕捉这些组成部分内的复杂空间关系和局部相互作用，限制了我们对TME如何调节治疗疗效的理解。

最近的空间转录组学和单细胞研究开始揭示这种复杂性，揭示了NSCLC脑转移中的异质性、治疗诱导的可塑性和纤维化特征。此外，新辅助治疗的证据表明，即使原发肿瘤部位显示出完全的病理反应，转移性淋巴结中仍存在残留疾病。尽管大脑和远处淋巴结作为预后不良的治疗庇护所，但这些微环境中的位点特异性相互作用在ALK重排NSCLC中仍了解不足。理解肿瘤细胞如何在这种特异性微环境中存活的分子适应性对于绘制疾病传播图谱和优化临床管理至关重要。因此，我们应用空间转录组学来描述ALK+ NSCLC原发性肺肿瘤和转移部位（淋巴结和大脑）的分子和细胞特征，并探索LNT中的空间特征是否与临床结果相关。

章节片段

样本队列和伦理批准

本研究获得了新德里全印度医学科学研究所（AIIMS）机构伦理委员会（IECPG-701/29.09.2022）的批准。从AIIMS收集了2016-2022年的ALK重排NSCLC病例（未经TKI治疗）的福尔马林固定石蜡包埋（FFPE）样本及其临床数据。队列包括原发性肺肿瘤（LT，n = 3例）、脑转移（BT，n = 3例）和淋巴结转移（LNT，n = 10例），以及位点匹配的非肿瘤对照组（BC、LC、LNC；n

空间转录组学揭示解剖部位和组织成分是异质性的主要决定因素

我们使用Nanostring GeoMx Digital Spatial Profiler（DSP）对16例ALK重排NSCLC患者样本及其3个位点匹配的非肿瘤对照组（分别为肺（LC）、淋巴结（LNC）和脑（BC））进行了空间转录组学分析（图1a；表1）。降维分析（PCA、UMAP和t-SNE）一致地将组织成分（肿瘤与基质）和解剖部位确定为转录组变异的主要驱动因素，与临床参数无关。

讨论

我们的研究通过绘制ALK+ NSCLC病例中肿瘤和基质之间的转录组差异，扩展了目前对NSCLC的空间理解。这与先前将组织成分视为变异主要来源的报告一致。我们的分析表明，解剖部位而非临床风险或生存期是与转录组变异的主要次要驱动因素相关。

在会议上展示

本研究的部分内容在2024年世界肺癌大会（WCLC）上以海报形式展示，该会议由国际肺癌研究协会（IASLC）组织。

作者贡献声明

Warisa Khatoon：概念化、方法学、验证、正式分析、数据整理、初稿撰写、审稿与编辑、可视化、项目管理。

Deepali Jain：概念化、方法学、资源提供、审稿与编辑、监督、项目管理、资金争取。

Amit Katiyar：软件使用、正式分析、初稿撰写。

Kaustar Yadav：数据调查、方法学研究。

Sunil Kumar, Sudheer Arava, Anant Mohan, Rambha

资助

本研究得到了DHR-ICMR Advanced Molecular Oncology Diagnostic Services（DIAMOnDS；I-1180）的资助。

患者出版同意

本研究涉及完全匿名化的存档病理标本分析。数据是回顾性收集的，无法从现有数据中识别出个别患者。本研究遵循新德里AIIMS机构伦理委员会的伦理批准进行。

患者和公众参与声明

患者或公众没有参与我们研究的设计、实施、报告或传播计划。

机构审查委员会声明

手稿准备过程中使用生成式AI和AI辅助技术的声明

在准备本研究期间，作者使用了Grammarly和Google AI studio来纠正语法和措辞，并提高文本的可读性。使用这些工具/服务后，作者对内容进行了必要的审阅和编辑，并对发表文章的内容负全责。

Warisa Khatoon是新德里AIIMS的转化癌症研究员和病理学博士，专注于肺癌基因组学和ALK重排的非小细胞肺癌（NSCLC）。她的研究利用空间转录组学、全外显子测序和靶向测序方法，研究治疗抵抗性的分子机制、空间异质性和临床结果的基因组预测因子。她的研究成果已在国际会议上发表。

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