SMI技術(shù)揭示Repeat RNA在人體胰腺癌中擾亂細(xì)胞可塑性

 
題目：Repeat RNA在人體胰腺癌中擾亂細(xì)胞可塑性
期刊：Cell
IF：45.5

文章背景

胰腺導(dǎo)管腺癌（PDAC）是一種致命的癌癥，具有顯著的腫瘤內(nèi)異質(zhì)性。Repeat RNA是由基因組中大量重復(fù)序列轉(zhuǎn)錄而來(lái)的RNA。基因組中有許多重復(fù)的非編碼區(qū)域，這些區(qū)域可以分為不同的類別，如衛(wèi)星重復(fù)序列（如HSATII）、長(zhǎng)散在核元件（LINE-1）和內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒（HERV）等。Repeat RNA通常來(lái)源于這些重復(fù)序列的轉(zhuǎn)錄活動(dòng)，盡管它們?cè)谶^(guò)去被認(rèn)為是“基因組噪音”或無(wú)功能的部分，近年來(lái)它們被發(fā)現(xiàn)可能在多種生物學(xué)過(guò)程中發(fā)揮作用，尤其在疾病背景下。

技術(shù)平臺(tái)

文章使用NanoString CosMx SMI單細(xì)胞空間分子成像平臺(tái)，揭示了胰腺癌細(xì)胞及其周圍微環(huán)境中的repeat RNA表達(dá)及特征。研究使用了來(lái)自46名PDAC患者的組織樣本，具體包括三例固定的石蠟包埋組織（FFPE）和四個(gè)組織芯片（TMA），結(jié)合自定義的repeat RNA探針和1000種RNA panel，覆蓋了多種細(xì)胞類型。

文章研究思路

 
文章結(jié)論

1. 多種repeat RNA在PDAC腫瘤細(xì)胞和周圍微環(huán)境中的空間分布

使用SMI單細(xì)胞空間分子成像平臺(tái)揭示了repeat RNA和編碼RNA在胰腺癌細(xì)胞及其微環(huán)境中的分布情況。采用UMAP降維分析展示不同細(xì)胞類型的聚類，包括癌細(xì)胞、成纖維細(xì)胞、免疫細(xì)胞等多種細(xì)胞類型。細(xì)胞類型的空間定位表明PDAC的腫瘤微環(huán)境具有高度異質(zhì)性。測(cè)量不同細(xì)胞類型的repeat RNA的平均表達(dá)水平發(fā)現(xiàn)癌細(xì)胞的repeat RNA表達(dá)最高，特別是LINE-1、HSATII、HERV-K和HERV-H等，其他細(xì)胞類型（如成纖維細(xì)胞和免疫細(xì)胞）雖然也有repeat RNA表達(dá)，但水平較低。

對(duì) PDAC TME 不同細(xì)胞類型中repeat RNA表達(dá)譜的空間轉(zhuǎn)錄組分析

 
2. Repeat RNA表達(dá)對(duì)癌細(xì)胞和CAF的影響

將癌細(xì)胞按照LINE-1 ORF1（repeat RNA）表達(dá)水平分為高表達(dá)組和低表達(dá)組，進(jìn)行差異基因表達(dá)分析。高LINE-1 ORF1表達(dá)的癌細(xì)胞表現(xiàn)出角蛋白（KRT）基因表達(dá)下降、炎癥基因（如IFNAR2、IL10）表達(dá)增加，呈現(xiàn)出去上皮化和增強(qiáng)的炎癥反應(yīng)。CAF、巨噬細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞等類型中，repeat RNA的高表達(dá)也與炎癥基因上調(diào)相關(guān)，表明其不僅影響癌細(xì)胞，也顯著改變腫瘤微環(huán)境。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，CAF的基因表達(dá)與其距離癌細(xì)胞的遠(yuǎn)近高度相關(guān)，特別是在距離癌細(xì)胞20-50微米范圍內(nèi)表現(xiàn)出最強(qiáng)效應(yīng)。Repeat RNA的持續(xù)正效應(yīng)表明其可能通過(guò)細(xì)胞間傳遞影響CAF的狀態(tài)。COL3A1基因主要在CAF細(xì)胞中高表達(dá)，而在癌細(xì)胞中幾乎不可檢測(cè)。相反，repeat RNA的表達(dá)在CAF和癌細(xì)胞中均較高，這表明repeat RNA可能通過(guò)PDAC細(xì)胞向CAF傳遞。

高LINE-1 ORF1表達(dá)對(duì)癌細(xì)胞和CAF的影響

 
3. Repeat RNA調(diào)控CAF亞型轉(zhuǎn)變及其空間分布

COL3A1基因在CAF細(xì)胞中高表達(dá)，特別是在myCAF中，而LINE-1 ORF1在iCAF和混合狀態(tài)的CAF中較高，表明repeat RNA在CAF由myCAF向iCAF轉(zhuǎn)變過(guò)程中起到調(diào)控作用。myCAF基因在靠近癌細(xì)胞時(shí)呈現(xiàn)正效應(yīng)，而iCAF基因則呈負(fù)效應(yīng)。myCAF和iCAF在距離癌細(xì)胞較近時(shí)，LINE-1 ORF1表達(dá)更高，暗示其表達(dá)可能由癌細(xì)胞誘導(dǎo)。在靠近癌細(xì)胞的區(qū)域，myCAF的LINE-1 ORF1表達(dá)顯著降低，表明CAF的狀態(tài)發(fā)生了轉(zhuǎn)變。

多種repeat RNA影響CAFs中的細(xì)胞可塑性反應(yīng)

 
4. 含有repeat RNA的細(xì)胞外囊泡（EVs）會(huì)引起PDAC和CAF狀態(tài)的失調(diào)

PDAC來(lái)源的EVs富含多種repeat RNA，包括HSATII、HERV-K和LINE-1。這些EVs被轉(zhuǎn)移到CAF和PDAC細(xì)胞后，激活了I型干擾素反應(yīng)，引發(fā)了強(qiáng)烈的炎癥反應(yīng)。EVs的傳遞還導(dǎo)致CAF表型發(fā)生顯著轉(zhuǎn)變，myCAF逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)檠装Y性CAF（iCAF），表現(xiàn)為myCAF基因（ACTA2、TAGLN）表達(dá)減少，而iCAF基因（IL6、IL11）的表達(dá)顯著增加。同時(shí)，PDAC細(xì)胞也經(jīng)歷了由上皮狀態(tài)向間質(zhì)狀態(tài)的轉(zhuǎn)變。進(jìn)一步研究通過(guò)使用抗體阻斷EV攝取，顯著抑制I型干擾素和iCAF標(biāo)志基因的表達(dá)，并恢復(fù)myCAF基因的表達(dá)，證明EV是repeat RNA在細(xì)胞間傳遞的主要載體。此外，CAF暴露于PDAC來(lái)源的EV后會(huì)分泌更多的EV，這些EV可能進(jìn)一步傳遞repeat RNA，影響PDAC細(xì)胞的上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化，形成細(xì)胞間的正反饋環(huán)路。

EVs在PDAC和CAF細(xì)胞之間傳遞repeat RNA

 
5. Repeat RNA在胰腺癌微環(huán)境中通過(guò)調(diào)控CAF和PDAC促進(jìn)細(xì)胞狀態(tài)變化的重要機(jī)制

Repeat RNA通過(guò)直接作用于CAF促使其表型轉(zhuǎn)變。轉(zhuǎn)染HSATII和HERV-K repeat RNA至PDAC細(xì)胞后，觀察到I型干擾素和EMT相關(guān)基因的顯著變化，表明repeat RNA能夠促進(jìn)PDAC細(xì)胞的EMT，從而推動(dòng)癌細(xì)胞的侵襲性和異質(zhì)性。IRF3作為repeat RNA誘導(dǎo)的I型干擾素反應(yīng)的核心調(diào)控因子，在PDAC細(xì)胞和CAF中激活后，分別促進(jìn)了細(xì)胞的EMT和CAF表型轉(zhuǎn)變。IRF3的抑制導(dǎo)致了repeat RNA誘導(dǎo)的這些狀態(tài)變化的顯著減少。Repeat RNA通過(guò)細(xì)胞外囊泡介導(dǎo)細(xì)胞間信號(hào)傳遞，含有repeat RNA的EVs能夠在PDAC微環(huán)境中通過(guò)轉(zhuǎn)遞信號(hào)誘導(dǎo)健康胰腺細(xì)胞發(fā)生EMT，進(jìn)一步增強(qiáng)了腫瘤的侵襲性。

Repeat RNA在癌癥發(fā)展中的關(guān)鍵作用

 
總結(jié)

這篇文章通過(guò)SMI單細(xì)胞空間轉(zhuǎn)錄組技術(shù)揭示了repeat RNA在PDAC中的重要作用，闡明了其如何通過(guò)干擾素反應(yīng)影響癌細(xì)胞和腫瘤微環(huán)境中的其他細(xì)胞。研究發(fā)現(xiàn)，repeat RNA在癌細(xì)胞和CAF中高度表達(dá)，促使細(xì)胞狀態(tài)發(fā)生顯著變化，特別是推動(dòng)癌細(xì)胞發(fā)生上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化（EMT）和CAF從成肌纖維表型（myCAF）向炎癥性表型（iCAF）轉(zhuǎn)變。細(xì)胞外囊泡EVs被確認(rèn)是repeat RNA在細(xì)胞間傳遞的關(guān)鍵載體，進(jìn)一步加劇了細(xì)胞狀態(tài)的失調(diào)。通過(guò)抑制IRF3等關(guān)鍵信號(hào)分子，研究證明了repeat RNA驅(qū)動(dòng)的干擾素反應(yīng)在PDAC中的核心調(diào)控作用。此外，實(shí)驗(yàn)表明repeat RNA在健康細(xì)胞中也能引發(fā)EMT，推動(dòng)腫瘤的擴(kuò)散和侵襲性。整體而言，該研究揭示了repeat RNA在胰腺癌中的致病機(jī)制，為PDAC的治療提供了新的治療靶點(diǎn)和潛在的干預(yù)策略。