文章題目：口腔癌中的中間成纖維細胞和髓系細胞的空間分布決定淋巴結轉移
期刊：Journal of Translational Medicine
DOI: 10.1186/s12967-024-05511-1

 
01 研究背景

由于治療方案有限和缺乏治療靶點，口腔癌一直是一個重大健康挑戰，大多數(40%)口腔癌發生在牙齦頰部，表現為鱗狀細胞癌（GB-OSCC），本研究旨在探討GB-OSCC腫瘤侵襲邊緣的基因和細胞類型的定位，以了解不同距離下的侵襲邊緣如何導致淋巴結轉移。

DSP技術ROI圈選及研究區域與結論概括

 
02 主要結果  

1. GB-OSCC腫瘤樣本的空間轉錄組分析可將腫瘤邊緣與TME區分開

基于ROI（感興趣區域）的類型進行UMAP分析：（Immune-cells）免疫細胞、（Normal）正常鱗狀上皮、（Tumor-centre）腫瘤中心（腫瘤與免疫細胞之間的距離為200 µm）、（Tumor-Margin）侵襲性腫瘤邊緣（腫瘤細胞與免疫細胞之間的距離分別為<200 µm、>200、300和500 µm）、（Tumor-only）腫瘤區（僅含腫瘤細胞）。根據PanCK+AOI和PanCK−AOI，可以清晰地區分各區域。基于淋巴結狀態生成的UMAP圖表明，樣本間的分離取決于區域類型而不是淋巴結狀態。使用變異系數(CV%)計算前100個高度可變基因，進行系統聚類后，將AOI分為兩大類。第一簇由來自間質末端的AOI組成，第二簇由來自腫瘤末端的AOI組成。

空間距離劃分轉錄組數據特征

 
2. 腫瘤邊緣的基因對淋巴結轉移至關重要

對淋巴結陽性(n=10)和淋巴結陰性(n=13)患者的ROI進行了整體差異基因表達分析。FN1基因在淋巴結陽性區域中高度上調，其中在腫瘤邊緣觀察到表達增加，與正常上皮區域有顯著差異。COL5A1基因在淋巴結陽性病例中高度上調，其中在基質末端和距離> 500 µm的TME中的細胞之間觀察到顯著的表達差異，在腫瘤邊緣和腫瘤區域之間也存在差異。火山圖顯示了淋巴結陽性和陰性ROI之間最高上調和下調的基因。淋巴結轉移病例在侵襲邊緣< 200µm處表現出較高的基因表達包括FN1、COL5A1、COL6A3等。DAVID 功能富集分析表明有淋巴結轉移的病例中，基質生物學和免疫功能被破壞。

淋巴結陽性和陰性患者ROIs的基因表達空間分布圖及功能結果

 
3. 分布在腫瘤邊緣的ECM基因有助于腫瘤轉移

評估了已知轉移標記物的空間分布，包括PDPN、ZEB1和LAMB3。結果發現PDPN和LAMB3在腫瘤末端過度表達，而ZEB1在腫瘤邊緣的間質末端表達更多。多重IHC顯示FN1和COL5A1在侵襲邊緣的TME的成纖維細胞樣細胞中共同定位，且在有淋巴結轉移的病例中，兩種蛋白共存的細胞數量較多。因此腫瘤邊緣的FN1和COL5A1有助于淋巴結轉移。

轉移基因表達的空間分布圖

 
4. 腫瘤邊緣是淋巴結轉移的活躍部位，基質末端的CAFs有助于ECM的形成

基于腫瘤和免疫細胞狀態之間的距離，對不同ROI類型的標志基因集（左）和OSCC特異性功能基因（右）進行了GSVA分析，淋巴結陽性腫瘤邊緣的腫瘤末端，DNA修復、未折疊蛋白反應、mTORC1、E2F和氧化磷酸化途徑更活躍。腫瘤邊緣的基質末端，血管生成、蛋白質分泌、頂端表面和NOTCH信號通路更活躍。p-EMT包含與基質金屬蛋白酶、層粘連蛋白和整合素等ECM成分相關的基因，調節腫瘤侵襲和轉移，在距離< 200 m的邊緣處過表達。因此得出結論，腫瘤邊緣是淋巴結轉移的活躍部位。基質末端的CAFs也有助于ECM的形成。

OSCC的GSVA富集分析結果

 
5. 淋巴結轉移的病例在基質末端包含更多的Treg細胞和癌癥相關成纖維細胞

利用Spatial Decon分析OSCC中的癌癥免疫細胞類型豐度，發現嗜中性粒細胞在腫瘤末端更普遍。CD4-T細胞、內皮細胞、成纖維細胞、NK細胞和Treg細胞在基質末端更多。具有淋巴結轉移的病例在基質末端包含更多的Treg細胞和成纖維細胞，CD8+和CD4+記憶細胞在延伸的距離處更豐富。中間靜止的成纖維細胞和肌細胞在腫瘤末端區域中普遍存在，而CD4+、CD8+和CD8+耗盡的T細胞在基質末端更豐富。中間靜止的成纖維細胞和肌細胞在腫瘤末端區域中普遍存在，而CD4+、CD8+和CD8+耗盡的T細胞在基質末端更豐富。H&E圖像表明嗜中性粒細胞、CAFs和膠原存在于腫瘤邊緣。Pearson’s 相關性分析表明FN1 和COL5A1 與基質成纖維細胞呈正相關。FN1或COL5A1與中性粒細胞都沒有相關性。

OSCC腫瘤末端和基質末端中的免疫細胞類型分析

 
03 總結

本研究通過數字空間轉錄組學技術（DSP）對23例切除的GB-OSCC腫瘤組織樣本進行基因表達分析，描述了腫瘤與其微環境（TME）在不同距離的差異基因表達，并通過去卷積和免疫組化鑒定調節TME的細胞和基因。研究發現，腫瘤-基質界面（腫瘤與免疫細胞之間距離達200微米）是GB-OSCC疾病進展中最活躍的區域。顯著差異表達的基因，如FN1和COL5A1，位于邊緣的基質末端，這些基因與細胞外基質（ECM）的富集、免疫抑制以及淋巴結轉移有關。中間成纖維細胞、肌細胞和中性粒細胞在腫瘤末端富集，而癌癥相關成纖維細胞（CAFs）則在基質末端富集。中間成纖維細胞轉化為CAFs，并遷移到鄰近的基質末端，參與了FN1介導的ECM調節。該研究充分利用了DSP技術在空間區域進行基因表達檢測的優勢，為理解腫瘤的轉移機制提供了新的見解。