CosMx SMI與10x Visium空間技術(shù)聯(lián)合揭示HGSOC亞克隆的高度異質(zhì)性

卵巢癌是一種常見的婦科惡性腫瘤，高級別漿液性卵巢癌（HGSOC）是其中最常見的類型，具有高度異質(zhì)性，與腫瘤復(fù)發(fā)、化療耐藥和預(yù)后差等問題密切相關(guān)。本研究利用CosMx SMI 和10x Visium 空間技術(shù)聯(lián)合分析，在單個腫瘤切片中發(fā)現(xiàn)了多個具有不同的拷貝數(shù)變異的亞群，與免疫細胞群體、成纖維細胞和內(nèi)皮細胞存在不同的相互作用。利用細胞間通訊分析，進一步確定了亞群特異性信號到基質(zhì)和免疫細胞的信號通路，以及多個亞群特異性的自分泌環(huán)路。

一、文章詳情

文章題目：Spatial transcriptomics reveals discrete tumour microenvironments and autocrine loops within ovarian cancer subclones
發(fā)表時間：2024.04
期刊名稱：Nature Communications
影響因子：16.5
實驗平臺：CosMx SMI；10x Visium

二、研究內(nèi)容

1、10x Visium 技術(shù)確定HGSOC空間基因表達、細胞構(gòu)成及腫瘤亞克隆

首先通過10x Visium 空間轉(zhuǎn)錄組技術(shù)，分析8例患者原發(fā)腫瘤組織的空間基因表達特征，并聯(lián)合單細胞數(shù)據(jù)集，采用RCTD反卷積方法，確定了細胞組成和微環(huán)境。腫瘤細胞權(quán)重高的細胞類型與B/漿細胞、成纖維細胞和巨噬細胞權(quán)重高的細胞類型存在明顯的相互作用。并且在樣本間和樣本內(nèi)，非惡性細胞類型在空間分布均表現(xiàn)出顯著的異質(zhì)性。使用inferCNV預(yù)測每個spot中拷貝數(shù)改變（CNAs），并將相似的CNA聚類，發(fā)現(xiàn)單個腫瘤切片中存在多個具有不同拷貝數(shù)變化的腫瘤亞克隆。

Fig.1  HGSOC空間基因表達及細胞分布

Fig.2  HGSOC腫瘤亞克隆

 
2、CosMx SMI 單細胞分辨率的空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)

研究者使用CosMx SMI技術(shù)，在單細胞分辨率下對基因表達進行空間檢測，鑒定了12個不同的細胞群（2個腫瘤細胞群，4個巨噬細胞群、T細胞群、2個漿細胞群、成纖維細胞群、內(nèi)皮細胞群和上皮細胞群）。SMI細胞空間原位展示發(fā)現(xiàn)，高表達HGSOC腫瘤細胞標記物的腫瘤細胞簇與Visium數(shù)據(jù)中P5.1和P5.2在組織位置上相同，并且這兩個群存在多個差異表達的基因，也驗證了Visium分析中對相應(yīng)組織區(qū)域的不同腫瘤亞克隆的預(yù)測。

Fig.3 CosMx SMI細胞原位展示

 
3、單細胞分辨率空間技術(shù)解析亞克隆微環(huán)境

利用CosMx SMI數(shù)據(jù)，進一步研究在患者5中發(fā)現(xiàn)的亞克隆是否與不同的非惡性細胞類型相關(guān)。首先使用鄰域分析來確定PIGR+和PTGS1+腫瘤細胞的局部鄰域中每種細胞類型的比例，區(qū)分直接接觸腫瘤克隆的細胞、局部生態(tài)位中的細胞以及距離更遠的細胞。結(jié)果顯示，最常見的鄰域細胞對為CCL5+T細胞和COL3A1+成纖維細胞；CXCL9+巨噬細胞普遍與腫瘤細胞相鄰。接下來，研究者進一步通過細胞通訊分析，確定了患者5中PIGR+和PTGS1+亞克隆中高表達配受體，以及這些配體和受體表達水平的亞克隆特異性差異與腫瘤微環(huán)境中表達同源受體和配體的細胞的相互作用機制。

Fig.4 亞克隆微環(huán)境中細胞通訊分析

 
小結(jié)

本研究通過10x Visium 空間轉(zhuǎn)錄組技術(shù)，首先在單個腫瘤切片中發(fā)現(xiàn)了多個具有不同的拷貝數(shù)變異的亞群，與免疫細胞群體、成纖維細胞和內(nèi)皮細胞存在不同的相互作用。利用細胞通訊分析確定了基質(zhì)和免疫細胞的信號通路，以及多個亞群特異性的自分泌環(huán)路。利用單細胞分辨率空間組學(xué)CosMx SMI技術(shù)，在空間原位展示了高表達HGSOC腫瘤細胞標記物的腫瘤細胞分布，并且進行了基因差異分析，不僅驗證了Visium分析中對相應(yīng)組織區(qū)域的不同腫瘤亞克隆的預(yù)測，還彌補低分辨率Visium數(shù)據(jù)所忽視的一些信息。