隨著空間組學(xué)技術(shù)快速發(fā)展，廣泛應(yīng)用于腫瘤微環(huán)境動(dòng)態(tài)分析。最新單細(xì)胞分辨率空間轉(zhuǎn)錄組技術(shù)揭示肢端型黑色素瘤腫瘤細(xì)胞-免疫細(xì)胞在空間上的分子互作，基于細(xì)胞分割技術(shù)真實(shí)還原細(xì)胞在空間上生態(tài)位功能異質(zhì)性的精細(xì)分析，為肢端型黑色素瘤的早期診斷和臨床診療提供了新視角。
文章標(biāo)題：Integrative molecular and spatial analysis reveals evolutionary dynamics and tumor-immune interplay of?in situ?and invasive acral melanoma
期刊名稱：Cancer Cell
影響因子：50.3
合作單位：北京大學(xué)第一醫(yī)院、北京大學(xué)-云南白藥國(guó)際醫(yī)學(xué)中心
研究方法：全外顯子組、基于顯微切割的多區(qū)域全外顯子測(cè)序、bulk轉(zhuǎn)錄組、單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組、空間轉(zhuǎn)錄組和CODEX空間蛋白組學(xué)
百邁客生物為該研究提供了BMKMANU?S1000空間轉(zhuǎn)錄組細(xì)胞分割技術(shù)。
2024年5月16日，北京大學(xué)第一醫(yī)院的張寧、李航及北京大學(xué)-云南白藥國(guó)際醫(yī)學(xué)中心薛瑞棟團(tuán)隊(duì)合作在《Cancer Cell》在線發(fā)表題為《Integrative molecular and spatial analysis reveals evolutionary dynamics and tumor-immune interplay of in situ and invasive acral?melanoma》的研究論文，對(duì)肢端型黑色素瘤進(jìn)行了多組學(xué)分析，解析了從AMis進(jìn)展到iAM的克隆演化規(guī)律，建立了AM的分子分型，揭示了APOE+/CD163+巨噬細(xì)胞的空間富集狀態(tài)，進(jìn)一步通過(guò)實(shí)驗(yàn)證實(shí)該巨噬細(xì)胞亞群可通過(guò)IGF1-IGF1R互作促進(jìn)腫瘤發(fā)生上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化，最終鑒定出附屬器受累和驅(qū)動(dòng)突變可預(yù)測(cè)AMis的侵襲潛能，而APOE和CD163則可用于預(yù)測(cè)iAM的預(yù)后，為肢端型黑色素瘤的早期診斷和臨床診療提供了重要依據(jù)。
為了探究肢端型黑色素瘤的演化規(guī)律及免疫微環(huán)境在其中的作用，研究人員建立了一個(gè)287例患者的隊(duì)列，包含146例AMis和141例iAM，為研究AMis到iAM的演化過(guò)程提供了豐富的資源。研究人員將所有患者分為測(cè)序隊(duì)列（147例）和驗(yàn)證隊(duì)列（140例），對(duì)測(cè)序隊(duì)列進(jìn)行了多組學(xué)測(cè)序，包括全外顯子組、基于顯微切割的多區(qū)域全外顯子測(cè)序、bulk轉(zhuǎn)錄組、單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組、空間轉(zhuǎn)錄組和CODEX空間蛋白組學(xué)，而驗(yàn)證隊(duì)列則用于驗(yàn)證所鑒定出的標(biāo)志物的臨床相關(guān)性。
研究人員首先描繪了AMis和iAM的基因組圖譜，并系統(tǒng)比較了兩者的點(diǎn)突變、拷貝數(shù)變異、突變負(fù)荷、突變印記、亞克隆突變及基因組不穩(wěn)定性。分析結(jié)果表明iAM的亞克隆突變比例和基因組不穩(wěn)定性顯著升高。值得注意的是，研究人員發(fā)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)突變（NRAS, KRAS, NF1, KIT）在iAM中顯著富集，并在體外實(shí)驗(yàn)中驗(yàn)證了這些驅(qū)動(dòng)突變可以增強(qiáng)肢端型黑色素瘤的侵襲能力。另外，研究人員還發(fā)現(xiàn)附屬器受累也與AMis的驅(qū)動(dòng)突變及侵襲能力密切相關(guān)。
早期AM的演化過(guò)程可分為兩個(gè)階段：（1）垂直侵襲，即AMis穿破基底膜進(jìn)入真皮成為iAM；（2）局部擴(kuò)張，即iAM在真皮中的局部增殖。為了進(jìn)一步探索患者內(nèi)部的這一腫瘤演化過(guò)程，研究人員通過(guò)顯微切割捕獲了同一患者的多個(gè)區(qū)域并構(gòu)建了腫瘤克隆演化樹(shù)。研究結(jié)果表明，在垂直侵襲階段，AMis在演化早期獲得驅(qū)動(dòng)突變并迅速穿過(guò)基底膜，以單克隆播散到真皮中。在局部擴(kuò)張階段，不同患者中存在兩種不同的擴(kuò)張模式：（1）克隆擴(kuò)張，即腫瘤細(xì)胞保持單一克隆結(jié)構(gòu)進(jìn)行均質(zhì)擴(kuò)張；（2）亞克隆分化，即腫瘤細(xì)胞在增殖過(guò)程中獲得亞克隆，導(dǎo)致腫瘤異質(zhì)性升高。
研究人員進(jìn)一步使用轉(zhuǎn)錄組測(cè)序、單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測(cè)序和空間蛋白組學(xué)技術(shù)探索了免疫微環(huán)境在上述過(guò)程中的作用。研究人員將所有樣本分為三個(gè)亞型并鑒定出一個(gè)預(yù)后最差的iAM亞型（C3）。值得注意的是，這一分子分型是與腫瘤分期（T分期、AJCC分期）相互獨(dú)立的預(yù)后因素，說(shuō)明該分子分型反映了腫瘤的內(nèi)在惡性特征，進(jìn)一步為AM的早期診斷和精準(zhǔn)診療提供了依據(jù)。與非C3腫瘤相比，C3腫瘤主要經(jīng)亞克隆分化而來(lái)，高表達(dá)EMT特征，且其免疫微環(huán)境中顯著富集APOE+/CD163+巨噬細(xì)胞?？臻g轉(zhuǎn)錄組和空間蛋白組學(xué)進(jìn)一步驗(yàn)證了C3患者中EMT腫瘤細(xì)胞與APOE+/CD163+巨噬細(xì)胞呈現(xiàn)明顯的共定位和共富集。
為探究EMT腫瘤細(xì)胞與APOE+/CD163+巨噬細(xì)胞之間的互作機(jī)制，研究人員首先利用多組學(xué)測(cè)序數(shù)據(jù)分析了兩者之間的相互作用關(guān)系，并進(jìn)一步在ex vivo和in vitro水平進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。一方面，AM腫瘤細(xì)胞可以將單核細(xì)胞誘導(dǎo)為APOE+/CD163+巨噬細(xì)胞，這一表型由轉(zhuǎn)錄組測(cè)序、流式分析和多色免疫熒光共同確認(rèn)。另一方面，APOE+/CD163+巨噬細(xì)胞可以通過(guò)分泌IGF1作用于腫瘤細(xì)胞表面的IGF1R，誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞發(fā)生EMT，而IGF1抑制劑、IGF1R抑制劑及敲除腫瘤的IGF1R均可以抑制這一過(guò)程。這些結(jié)果為開(kāi)發(fā)新的AM治療策略提供了思路。最后，研究人員在兩個(gè)獨(dú)立隊(duì)列中驗(yàn)證了APOE和CD163染色可用于預(yù)測(cè)AM的預(yù)后。
綜上，本研究基于多組學(xué)測(cè)序，系統(tǒng)揭示了早期肢端型黑色素瘤的克隆演化規(guī)律，建立了肢端型黑色素瘤的分子分型，解析了腫瘤細(xì)胞-免疫細(xì)胞的空間互作關(guān)系，鑒定出新的早期診斷標(biāo)志物（驅(qū)動(dòng)突變和附屬器受累）及晚期預(yù)后標(biāo)志物（APOE和CD163），為肢端型黑色素瘤的早期診斷和精準(zhǔn)診療提供了重要信息。
北京大學(xué)第一醫(yī)院的張寧教授、李航教授和北京大學(xué)-云南白藥國(guó)際醫(yī)學(xué)研究中心的薛瑞棟研究員（北京大學(xué)第一醫(yī)院兼職教授）為共同通訊作者。北京大學(xué)-云南白藥國(guó)際醫(yī)學(xué)研究中心劉恒康博士后、北京大學(xué)第一醫(yī)院皮膚性病科高嘉雯博士和北京大學(xué)第一醫(yī)院腫瘤轉(zhuǎn)化研究中心馮梅博士后為共同第一作者。
編者按
空間組學(xué)發(fā)展正在逐步揭秘生命在空間維度特異性發(fā)展，文中利用BMKMANU S1000空間轉(zhuǎn)錄組細(xì)胞分割技術(shù)高精度剖析肢端型黑色素瘤微環(huán)境細(xì)胞在空間上的動(dòng)態(tài)演變，特別是腫瘤微環(huán)境的多態(tài)性變化，借助超高分辨率空間組學(xué)技術(shù)分析細(xì)胞與其環(huán)境之間的相互作用，加速發(fā)現(xiàn)細(xì)胞在空間上亞型定義和確定細(xì)胞譜系關(guān)系以及識(shí)別整個(gè)微環(huán)境復(fù)雜的調(diào)控機(jī)理。
參考文獻(xiàn)：
Liu et al., Integrative molecular and spatial analysis reveals evolutionary dynamics and tumor-immune interplay of?in situ?and invasive acral melanoma,?Cancer Cell?(2024), https://doi.org/10.1016/j.ccell.2024.04.012
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