发现与脊索瘤进展相关的内质网应激相关CAF亚群

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内质网应激 癌相关成纤维细胞 脊索瘤 单细胞RNA测序 空间转录组学

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引言

脊索瘤是一种罕见且局部侵袭性强的间叶源性肿瘤,被认为起源于原始脊索的残余组织。脊索瘤的发病率约为每百万人中有0.8例,好发于骶骨和颅底区域。目前,最佳治疗方案是尽可能的手术切除后辅以放射治疗。但由于肿瘤具有浸润性生长特点且常邻近重要的神经血管结构,彻底切除存在一定困难。因此,很多患者术后常发生局部复发甚至远处转移,预后较差。鉴于此,阐明脊索瘤的分子生物学特征,从而开发更有效的治疗方法十分必要。

研究背景

脊索瘤组织中显著的基质丰富特征可能与其发展进展密切相关。之前的回顾性研究表明,肿瘤-基质比值与脊索瘤的侵袭性表型、抑制性免疫微环境及不良预后呈正相关。作为基质细胞的主要组分,肿瘤相关成纤维细胞(CAF)在肿瘤微环境中扮演重要角色。然而,CAF对脊索瘤生物学行为的影响尚未阐明。

单细胞RNA测序有助于解析肿瘤微环境中不同细胞类型及其复杂谱系。近期建立的空间转录组测序技术则能在结构和空间水平上分析细胞类型及其基因表达变化。本研究结合应用上述两种测序技术,旨在确定CAF在脊索瘤微环境中的类型、空间分布及临床意义。

研究团队及发表情况

本研究由来自美国印第安纳大学校医学院、美国托莱多大学医学院、中国湖南大学附属医院及北京大学人民医院的多学科团队合作完成。相关成果发表在国际权威期刊Neuro-Oncology (2024年26卷第2期)。

主要研究内容及发现

1. 单细胞转录组分析发现独特的CAF亚群与脊索瘤进展相关

研究人员对6例脊索瘤患者(3例初发,3例复发)和3例正常髓核样本进行了单细胞RNA测序(scRNA-seq)。共鉴定出10种主要的细胞类型,包括上皮样细胞(可能为肿瘤细胞)、单核吞噬细胞、T细胞、内皮细胞、中性粒细胞、B细胞、成骨细胞、成纤维细胞、软骨细胞和平滑肌细胞。

进一步分析显示,CAF可分为4个亚群(CAF-1、CAF-2、CAF-3和CAF-4)。其中,CAF-2亚群富集在复发性肿瘤中,高表达与应激相关的基因(如hspa1a、hspa1b、dnajb1等)及缺氧相关基因(如hif1a、vegfa等),与内质网应激反应(ERS)密切相关。时间轨迹分析发现,CAF-2起源于正常成纤维细胞,并能与肿瘤细胞和免疫细胞广泛互作。

2. 批量RNA测序验证ERS-CAF亚群评分与脊索瘤进展和预后相关

利用126例脊索瘤患者的批量RNA测序数据,研究者发现ERS-CAF亚群评分与肿瘤的侵袭性表型、高级别分化和不良预后显著相关。

3. 空间转录组测序证实ERS-CAF亚群的存在及其与肿瘤细胞的邻近关系

对3例新鲜肿瘤样本进行空间转录组测序,结果验证了ERS-CAF亚群在脊索瘤组织中的存在。进一步分析发现,相较于其它细胞类型,ERS-CAF亚群与其周围肿瘤细胞的亲和力最强。

4. 免疫荧光分析证实ERS-CAF亚群的密度及其与肿瘤细胞的距离与预后相关

利用多重免疫荧光技术分析105例脊索瘤患者的肿瘤样本,研究人员发现:

  • ERS-CAF亚群在脊索瘤微环境中丰度较高,并位于靠近肿瘤细胞的区域。
  • ERS-CAF的密度及其与肿瘤细胞的距离均与肿瘤侵袭性表型和不良预后显著相关。

5. 细胞间通讯分析暗示ERS-CAF可通过与肿瘤细胞的直接交叉作用促进脊索瘤进展

通过细胞间通讯分析,研究人员预测ERS-CAF可能通过JAM2/ITGB1、TNC/SDC4和THBS1/CD47等多条信号通路与肿瘤细胞发生直接交互作用,进而影响肿瘤细胞的生物学行为。

研究意义

该项研究首次揭示了脊索瘤微环境中CAF的异质性特征,鉴定出独特的ERS-CAF亚群与疾病进展密切相关。ERS-CAF亚群可能通过与肿瘤细胞的直接交互作用促进脊索瘤恶性进展,为未来开发精准治疗靶点提供了新线索。研究成果为深入理解CAF在脊索瘤发生发展中的作用奠定了基础。