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空间组学技术鉴定导管内乳头状粘液性肿瘤恶变过程的生物标志物

浏览次数:846 发布日期:2024-5-13  来源:本站 仅供参考,谢绝转载,否则责任自负

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文章题目:Identification of spatially-resolved markers of malignant transformation in Intraductal Papillary Mucinous Neoplasms

中文题目:空间组学技术鉴定导管内乳头状粘液性肿瘤恶变过程的生物标志物

发表时间:2024.03.29

期刊名称:Nature Communications

影响因子:16.661

实验平台:Visium空间转录组学、GeoMx DSP空间转录组学

DOI:10.1038/s41467-024-46994-2

01 研究背景

导管内乳头状粘液性肿瘤(IPMN)是一种位于胰腺导管内的,具有粘液分泌上皮的囊性病变。IPMN可发生于胰管的侧支(BD-IPMN)、主管(MD-IPMN)或两者兼有(混合型IPMN),被认为是胰腺导管腺癌(PDAC)的前体病变。MD-IPMN比BD-IPMN具有更高的恶变风险,后者在大多数情况下是一种惰性疾病。目前,IPMN的诊断主要基于影像学和临床特征,缺乏生物学特性的分子标志物,从而导致患者风险分级的准确性不够,而导致治疗方案欠佳。因此,深入了解IPMN的生物学特性和恶性潜能,对于改善预后判断和个体化治疗至关重要。已有研究提出了一些IPMN恶性转化的候选标志物,但将其转化为临床应用的尝试还不理想,这可能是由于病理复杂性、囊肿异质性以及技术手段的局限性导致的。因此,运用最新的组学技术和高分辨率成像手段,在患者样本中鉴定驱动IPMN向PDAC进展的关键标志物,将为优化IPMN患者的风险评估和治疗提供新的思路。

02 技术路线

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03 研究结果

1. Visium空间转录组数据分析结果

使用Seurat对Visium数据进行分析,通过Leiden算法确定了23个空间亚群(Fig. 2A),且与组织学特征相关(Fig. 2B),其中5个亚群精确定义了不同级别的IPMN:低级别(LGD和交界性)和高级别(HGD胃型、HGD肠型和HGD胰胆型)。尽管LGD和交界性IPMN都有RNF43突变,但它们表现出不同的转录组特征。17个亚群包括不同类型的正常和肿瘤相关基质。所有IPMN均表现出Moffitt经典型、Bailey胰腺前体细胞和Collisson经典型分子亚型特征,以及Moffitt活化基质特征 (Fig. 2C)。

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Fig. 2 | Visium空间特征和聚类

2. IPMN亚群鉴定出与级别相关的转录因子

差异分析确定了每个IPMN亚群的特异性基因表达特征(Fig. 3A, B)。值得注意的是,6个转录因子与不同级别的IPMN亚群相关:HOXB3和ZNF117(LGD IPMN)、SPDEF、NR4A1和NR4A2(交界性IPMN)、NKX6-2(HGD胃型IPMN)。HGD胰胆型IPMN的标志物与HGD胃型和肠型IPMN重叠。

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Fig. 3 | IPMN亚群标志物特征

3. 癌症关键通路和细胞类型特征

GSEA分析确定了IPMN恶性转化过程中激活的关键通路。与LGD IPMN相比,HGD胃型(Fig. 4)和肠型IPMN (Fig. S10)中TNFα所在的NFKβ信号通路(Fig. 4D)、MYC靶点(Fig. 4E)、上皮间质转化(Fig. 4F)和KRAS信号通路(Fig. 4G)显著激活。此外,HGD胃型表达胃峡部细胞标志物(Fig. 5),如NKX6-2。HGD肠型表达肠道杯状细胞标志物(Fig. S10)。

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Fig. 4 | HGD胃型与LGD IPMN比较的GSEA结果

4. DSP空间转录组数据分析

为了验证Visium的结果,研究人员使用DSP技术对独立的40例患者的57个IPMN样本进行分析,也发现到特定转录因子与IPMN级别之间的关联:ZNF117(LGD和交界性IPMN)、SPDEF(交界性IPMN)、NKX6-2(HGD胃型IPMN)(Fig. 6B)。GSEA分析显示,TNFα信号通路和MYC激活是HGD胃型(Fig. 6C)、交界性和肠型IPMN (Fig. S18)的主要致癌特征。此外,验证队列中也观察到了特异性细胞类型特征:HGD胃型表达胃峡部细胞特征、交界性表达胃颈部细胞特征、HGD肠型表达十二指肠杯状细胞特征(Fig. 6D, E)。

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Fig. 6 | DSP空间转录组分析结果

5. NKX6-2表达与进展为高级别胃型IPMN相关

使用stLearn对Visium数据进行空间轨迹分析,以探究低级别交界性IPMN向HGD恶性高风险胃型IPMN的空间演变轨迹。结果显示,交界性IPMN内的局部亚群与HGD胃型IPMN具有共同的进化轨迹(Fig. 7C, D)。过渡性的标志物都是胃型特异性的,包括PSCA、VSIG1,尤其是转录因子NKX6-2,表明其可能是IPMN向胃型分化的标志物。拟时间分析(Fig. 7G)进一步证实,先前确定的特异性转录因子标志物与从低级别到高级别胃型IPMN的演变具有显著相关性(Fig. 7H)。

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Fig. 7 | stLearn聚类和胃型IPMN的空间轨迹

04 主要结论

该研究利用Visium和DSP空间转录组学技术,对不同级别和亚型的IPMN样本进行了高分辨率的转录组检测,发现了与IPMN恶性进展相关的关键转录调控因子(低级别:HOXB3和ZNF117;交界性:SPDEF;高级别胃型:NKX6-2)、信号通路(TNFα/NFKβ、MYC、EMT和KRAS)和细胞类型特征(胃型:胃峡部细胞;肠型:肠道杯状细胞)。此外,空间轨迹分析揭示了交界性IPMN向高级别胃型IPMN演变的进化轨迹,提示NKX6-2可能是驱动IPMN向胃型分化和进展的关键因子。这些发现通过多重免疫荧光在独立队列中得到验证,为开发基于空间特异性标志物的IPMN分子分型和指导患者个体化治疗决策提供了重要线索。

来源:上海生物芯片有限公司
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