隨著空間組學技術快速發(fā)展，廣泛應用于腫瘤微環(huán)境動態(tài)分析。最新單細胞分辨率空間轉錄組技術揭示肢端型黑色素瘤腫瘤細胞-免疫細胞在空間上的分子互作，基于細胞分割技術真實還原細胞在空間上生態(tài)位功能異質性的精細分析，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：北京大學第一醫(yī)院、北京大學-云南白藥國際醫(yī)學中心
研究方法：全外顯子組、基于顯微切割的多區(qū)域全外顯子測序、bulk轉錄組、單細胞轉錄組、空間轉錄組和CODEX空間蛋白組學
百邁客生物為該研究提供了BMKMANU?S1000空間轉錄組細胞分割技術。
2024年5月16日，北京大學第一醫(yī)院的張寧、李航及北京大學-云南白藥國際醫(yī)學中心薛瑞棟團隊合作在《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，對肢端型黑色素瘤進行了多組學分析，解析了從AMis進展到iAM的克隆演化規(guī)律，建立了AM的分子分型，揭示了APOE+/CD163+巨噬細胞的空間富集狀態(tài)，進一步通過實驗證實該巨噬細胞亞群可通過IGF1-IGF1R互作促進腫瘤發(fā)生上皮-間質轉化，最終鑒定出附屬器受累和驅動突變可預測AMis的侵襲潛能，而APOE和CD163則可用于預測iAM的預后，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。
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287例患者的隊列，包含146例AMis和141例iAM，為研究AMis到iAM的演化過程提供了豐富的資源。研究人員將所有患者分為測序隊列（147例）和驗證隊列（140例），對測序隊列進行了多組學測序，包括全外顯子組、基于顯微切割的多區(qū)域全外顯子測序、bulk轉錄組、單細胞轉錄組、空間轉錄組和CODEX空間蛋白組學，而驗證隊列則用于驗證所鑒定出的標志物的臨床相關性。
研究人員首先描繪了AMis和iAM的基因組圖譜，并系統(tǒng)比較了兩者的點突變、拷貝數變異、突變負荷、突變印記、亞克隆突變及基因組不穩(wěn)定性。分析結果表明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)現驅動突變（NRAS, KRAS, NF1, KIT）在iAM中顯著富集，并在體外實驗中驗證了這些驅動突變可以增強肢端型黑色素瘤的侵襲能力。另外，研究人員還發(fā)現附屬器受累也與AMis的驅動突變及侵襲能力密切相關。
早期AM的演化過程可分為兩個階段：（1）垂直侵襲，即AMis穿破基底膜進入真皮成為iAM；（2）局部擴張，即iAM在真皮中的局部增殖。為了進一步探索患者內部的這一腫瘤演化過程，研究人員通過顯微切割捕獲了同一患者的多個區(qū)域并構建了腫瘤克隆演化樹。研究結果表明，在垂直侵襲階段，AMis在演化早期獲得驅動突變并迅速穿過基底膜，以單克隆播散到真皮中。在局部擴張階段，不同患者中存在兩種不同的擴張模式：（1）克隆擴張，即腫瘤細胞保持單一克隆結構進行均質擴張；（2）亞克隆分化，即腫瘤細胞在增殖過程中獲得亞克隆，導致腫瘤異質性升高。
研究人員進一步使用轉錄組測序、單細胞轉錄組測序和空間蛋白組學技術探索了免疫微環(huán)境在上述過程中的作用。研究人員將所有樣本分為三個亞型并鑒定出一個預后最差的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）相互獨立的預后因素，說明該分子分型反映了腫瘤的內在惡性特征，進一步為AM的早期診斷和精準診療提供了依據。與非C3腫瘤相比，C3腫瘤主要經亞克隆分化而來，高表達EMT特征，且其免疫微環(huán)境中顯著富集APOE+/CD163+巨噬細胞。空間轉錄組和空間蛋白組學進一步驗證了C3患者中EMT腫瘤細胞與APOE+/CD163+巨噬細胞呈現明顯的共定位和共富集。
為探究EMT腫瘤細胞與APOE+/CD163+巨噬細胞之間的互作機制，研究人員首先利用多組學測序數據分析了兩者之間的相互作用關系，并進一步在ex vivo和in vitro水平進行了實驗驗證。一方面，AM腫瘤細胞可以將單核細胞誘導為APOE+/CD163+巨噬細胞，這一表型由轉錄組測序、流式分析和多色免疫熒光共同確認。另一方面，APOE+/CD163+巨噬細胞可以通過分泌IGF1作用于腫瘤細胞表面的IGF1R，誘導腫瘤細胞發(fā)生EMT，而IGF1抑制劑、IGF1R抑制劑及敲除腫瘤的IGF1R均可以抑制這一過程。這些結果為開發(fā)新的AM治療策略提供了思路。最后，研究人員在兩個獨立隊列中驗證了APOE和CD163染色可用于預測AM的預后。
綜上，本研究基于多組學測序，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，解析了腫瘤細胞-免疫細胞的空間互作關系，鑒定出新的早期診斷標志物（驅動突變和附屬器受累）及晚期預后標志物（APOE和CD163），為肢端型黑色素瘤的早期診斷和精準診療提供了重要信息。
北京大學第一醫(yī)院的張寧教授、李航教授和北京大學-云南白藥國際醫(yī)學研究中心的薛瑞棟研究員（北京大學第一醫(yī)院兼職教授）為共同通訊作者。北京大學-云南白藥國際醫(yī)學研究中心劉恒康博士后、北京大學第一醫(yī)院皮膚性病科高嘉雯博士和北京大學第一醫(yī)院腫瘤轉化研究中心馮梅博士后為共同第一作者。
編者按
空間組學發(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空間轉錄組細胞分割技術高精度剖析肢端型黑色素瘤微環(huán)境細胞在空間上的動態(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技術分析細胞與其環(huán)境之間的相互作用，加速發(fā)現細胞在空間上亞型定義和確定細胞譜系關系以及識別整個微環(huán)境復雜的調控機理。
參考文獻：
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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