DSP+組織芯片助力剖析肌層浸潤性膀胱癌微環境
近日，曼徹斯特大學研究團隊在《Communications Biology》上發表了題目為“Digital spatial profiling of the microenvironment of muscle invasive bladder cancer”的文章，研究人員利用DSP技術生成了第一個膀胱癌（MIBC）的全轉錄組空間數據集，其中包含對腫瘤、基質和免疫浸潤區域的檢測，為了解膀胱癌疾病的分子亞型提供了見解。基于DSP原位信息，研究人員開發了一種新的配體-受體信號傳導的分析方法，這為在分子水平上理解MIBC的多樣性提供了新的見解。
01 主要結論
1. 基于DSP數據集分析MIBC中腫瘤、基質和免疫浸潤區域的基因表達及細胞類型
利用GeoMx數字空間剖析（DSP）方法對膀胱癌組織芯片（TMA）進行轉錄組空間分析。分割出腫瘤（Pan-CK陽性）、基質（Pan-CK陰性）和免疫浸潤（Pan-CK陽性和CD45陽性）ROIs。使用UMAP降維技術、火山圖、IPA分析、以及空間去卷積分析對腫瘤、基質、免疫浸潤區域進行轉錄組特征分析，以及各區域的細胞類型和信號通路特征研究，得到了以下主要結果：
1) 腫瘤ROIs富含參與翻譯和 EIF2 信號傳導相關的基因；免疫浸潤ROIs富含與免疫和炎癥相關的通路，并且與IL4、TNF和STAT3等炎癥相關調節因子的激活一致。
2) 腫瘤ROIs富含惡性和尿路上皮細胞，基質ROIs主要由肌纖維相關的癌癥相關成纖維細胞組成，其中B細胞是基質內最豐富的免疫群體，T細胞和巨噬細胞的比例在基質ROIs之間有所不同。
3) 基底亞型富含KRT5和中性粒細胞脫顆粒、干擾素和HIF1a信號通路，混合亞型富含GATA3和PPARα調控的脂質代謝相關基因。
2. 利用DSP開發配體-受體信號分析方法揭示MIBC中的信號傳導網絡
配體-受體信號分析方法：在腫瘤中，配體從一個區域分泌出來，激活鄰近區域中的受體，這些受體隨后激活信號通路和轉錄因子，最終導致目標基因的表達。使用NicheNet（一種為單細胞數據開發的配體-受體分析方法），生成DSP數據集中所有配體-受體對的數據庫。計算所有配體及其目標基因在發送區和接收區之間的Pearson相關系數，以平均Pearson相關系數（r ≥ 0.2）作為活躍配體信號的度量。
通過該方法首次原位鑒定了膀胱癌中的活性配體信號網絡，識別出15種從基質發出的配體，以及19種源自腫瘤區域的配體，它們分別激活了基質或腫瘤中的目標基因。配體靶標的基因集富集表明：1）基質靶標富含參與ECM組織和分解的基因，包括基質金屬蛋白酶 MMP2。2）腫瘤靶標富含參與細胞增殖、G1/S轉換和抑制細胞凋亡的基因。這些數據表明，腫瘤靶向配體促進細胞生長和存活，而基質靶向配體促進ECM的重組和分解。通過配體表達與細胞比例相關聯，發現B細胞、內皮細胞和MyoCAFs 比例與一系列活性配體相關，表明它們可能是MIBC中配體信號傳導的主要來源。
配體-受體信號傳導確定了九種活性配體，它們從免疫浸潤ROI向相鄰的腫瘤ROI發出信號。活性水平較高的配體是GPNMB和SERPINE1，可以激活VEGFA的表達，免疫熒光染色也證實了這一點。基因集富集確定了參與免疫反應和應激反應的基因，以及血管生成和缺氧相關基因。通過NicheNet包推斷SERPINE1最可能的信號通路是通過LRP1受體實現，通過SRC和SHC1發出信號，而GPNMB最可能通過EGFR、STAT3和HIF1A發出信號。GPNMB是一種糖蛋白，已被證明可以促進多種癌癥類型的侵襲性，配體-受體分析以及基因富集分析表明GPNMB可能在刺激基底腫瘤的血管生成中發揮作用。
02 總結
該研究利用DSP空間檢測技術生成了第一個膀胱癌的全轉錄組空間數據集，其中包含對腫瘤、基質和免疫浸潤區域的分析，這為了解疾病的分子亞型提供了見解。而新開發的配體信號傳導分析方法有助于進一步了解膀胱癌的進展及治療。
