DSP+组织芯片助力剖析肌层浸润性膀胱癌微环境

近日，曼彻斯特大学研究团队在《Communications Biology》上发表了题目为“Digital spatial profiling of the microenvironment of muscle invasive bladder cancer”的文章，研究人员利用DSP技术生成了第一个膀胱癌（MIBC）的全转录组空间数据集，其中包含对肿瘤、基质和免疫浸润区域的检测，为了解膀胱癌疾病的分子亚型提供了见解。基于DSP原位信息，研究人员开发了一种新的配体-受体信号传导的分析方法，这为在分子水平上理解MIBC的多样性提供了新的见解。

 
01 主要结论

1. 基于DSP数据集分析MIBC中肿瘤、基质和免疫浸润区域的基因表达及细胞类型

利用GeoMx数字空间剖析（DSP）方法对膀胱癌组织芯片（TMA）进行转录组空间分析。分割出肿瘤（Pan-CK阳性）、基质（Pan-CK阴性）和免疫浸润（Pan-CK阳性和CD45阳性）ROIs。使用UMAP降维技术、火山图、IPA分析、以及空间去卷积分析对肿瘤、基质、免疫浸润区域进行转录组特征分析，以及各区域的细胞类型和信号通路特征研究，得到了以下主要结果：

1) 肿瘤ROIs富含参与翻译和 EIF2 信号传导相关的基因；免疫浸润ROIs富含与免疫和炎症相关的通路，并且与IL4、TNF和STAT3等炎症相关调节因子的激活一致。

2) 肿瘤ROIs富含恶性和尿路上皮细胞，基质ROIs主要由肌纤维相关的癌症相关成纤维细胞组成，其中B细胞是基质内最丰富的免疫群体，T细胞和巨噬细胞的比例在基质ROIs之间有所不同。

3) 基底亚型富含KRT5和中性粒细胞脱颗粒、干扰素和HIF1a信号通路，混合亚型富含GATA3和PPARα调控的脂质代谢相关基因。

 
2. 利用DSP开发配体-受体信号分析方法揭示MIBC中的信号传导网络

配体-受体信号分析方法：在肿瘤中，配体从一个区域分泌出来，激活邻近区域中的受体，这些受体随后激活信号通路和转录因子，最终导致目标基因的表达。使用NicheNet（一种为单细胞数据开发的配体-受体分析方法），生成DSP数据集中所有配体-受体对的数据库。计算所有配体及其目标基因在发送区和接收区之间的Pearson相关系数，以平均Pearson相关系数（r ≥ 0.2）作为活跃配体信号的度量。

通过该方法首次原位鉴定了膀胱癌中的活性配体信号网络，识别出15种从基质发出的配体，以及19种源自肿瘤区域的配体，它们分别激活了基质或肿瘤中的目标基因。配体靶标的基因集富集表明：1）基质靶标富含参与ECM组织和分解的基因，包括基质金属蛋白酶 MMP2。2）肿瘤靶标富含参与细胞增殖、G1/S转换和抑制细胞凋亡的基因。这些数据表明，肿瘤靶向配体促进细胞生长和存活，而基质靶向配体促进ECM的重组和分解。通过配体表达与细胞比例相关联，发现B细胞、内皮细胞和MyoCAFs 比例与一系列活性配体相关，表明它们可能是MIBC中配体信号传导的主要来源。

配体-受体信号传导确定了九种活性配体，它们从免疫浸润ROI向相邻的肿瘤ROI发出信号。活性水平较高的配体是GPNMB和SERPINE1，可以激活VEGFA的表达，免疫荧光染色也证实了这一点。基因集富集确定了参与免疫反应和应激反应的基因，以及血管生成和缺氧相关基因。通过NicheNet包推断SERPINE1最可能的信号通路是通过LRP1受体实现，通过SRC和SHC1发出信号，而GPNMB最可能通过EGFR、STAT3和HIF1A发出信号。GPNMB是一种糖蛋白，已被证明可以促进多种癌症类型的侵袭性，配体-受体分析以及基因富集分析表明GPNMB可能在刺激基底肿瘤的血管生成中发挥作用。

02 总结

该研究利用DSP空间检测技术生成了第一个膀胱癌的全转录组空间数据集，其中包含对肿瘤、基质和免疫浸润区域的分析，这为了解疾病的分子亚型提供了见解。而新开发的配体信号传导分析方法有助于进一步了解膀胱癌的进展及治疗。