CosMx SMI與10x Visium空間技術聯合揭示HGSOC亞克隆的高度異質性

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，具有高度異質性，與腫瘤復發、化療耐藥和預后差等問題密切相關。本研究利用CosMx SMI 和10x Visium 空間技術聯合分析，在單個腫瘤切片中發現了多個具有不同的拷貝數變異的亞群，與免疫細胞群體、成纖維細胞和內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和免疫細胞的信號通路，以及多個亞群特異性的自分泌環路。

一、文章詳情

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

二、研究內容

1、10x Visium 技術確定HGSOC空間基因表達、細胞構成及腫瘤亞克隆

首先通過10x Visium 空間轉錄組技術，分析8例患者原發腫瘤組織的空間基因表達特征，并聯合單細胞數據集，采用RCTD反卷積方法，確定了細胞組成和微環境。腫瘤細胞權重高的細胞類型與B/漿細胞、成纖維細胞和巨噬細胞權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，非惡性細胞類型在空間分布均表現出顯著的異質性。使用inferCNV預測每個spot中拷貝數改變（CNAs），并將相似的CNA聚類，發現單個腫瘤切片中存在多個具有不同拷貝數變化的腫瘤亞克隆。

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錄組學

研究者使用CosMx SMI技術，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、內皮細胞群和上皮細胞群）。SMI細胞空間原位展示發現，高表達HGSOC腫瘤細胞標記物的腫瘤細胞簇與Visium數據中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分析中對相應組織區域的不同腫瘤亞克隆的預測。

Fig.3 CosMx SMI細胞原位展示

 
3、單細胞分辨率空間技術解析亞克隆微環境

利用CosMx SMI數據，進一步研究在患者5中發現的亞克隆是否與不同的非惡性細胞類型相關。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，區分直接接觸腫瘤克隆的細胞、局部生態位中的細胞以及距離更遠的細胞。結果顯示，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 亞克隆微環境中細胞通訊分析

 
小結

本研究通過10x Visium 空間轉錄組技術，首先在單個腫瘤切片中發現了多個具有不同的拷貝數變異的亞群，與免疫細胞群體、成纖維細胞和內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和免疫細胞的信號通路，以及多個亞群特異性的自分泌環路。利用單細胞分辨率空間組學CosMx SMI技術，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分析中對相應組織區域的不同腫瘤亞克隆的預測，還彌補低分辨率Visium數據所忽視的一些信息。