英文问题：Single-nucleus and spatial transcriptome profiling of pancreatic cancer identifies multicellular dynamics associated with neoadjuvant treatment

中文问题：胰腺癌的单核和空间转录组谱剖析确定与新辅助治疗相关的多细胞动力学

期刊：Nature genetics（IF=30.8）

单元单子：哈佛大学、麻省理工大学

引言：胰腺导管腺癌(PDAC)，约占所有胰腺癌的90%。因其恶性水平高,治疗结果差,一向是最具恶性水平的肿瘤之一。尽管近年来外科手术手艺和综合治疗水平取得了迅大进展，但对胰腺导管腺癌患者的预后改善结果并不显着。近年光降床上越来越多地运用新辅助放化疗来对其进行治疗，然而其在很大水平上来说仍是一种极其难治的肿瘤，是以我们亟需去索求术前的治疗对肿瘤细胞及间质细胞的影响，以索求或者的治疗靶点。此外今朝胰腺导管腺癌的分子亚型分层仍处于初级阶段，这些分层体式都尚不克为临床治理和治疗供应太多有效的信息，并且这些分型研究都首要集中在未经治疗的患者上。这些都是本研究的一个起点。所以在本研究中，他们一共获取了差不多43个肿瘤样本，个中18个是未治疗，25个治疗后，然后经由单核RNA测序手艺、全转录组数字空间剖析、类器官等要害手艺，构建PDAC的细胞亚型和空间群落的高差别率分子景观。

在单细胞核RNA测序部门，一共是使用了五年内收集的43个冻存样本，个中18个未治疗样本、25个治疗样本；此外在这25个治疗样本中，也存在分歧的治疗方案，首要包罗14名CRT（放疗+氟尿嘧啶/卡培他滨）方案患者、5名CRTL（CRT方案+氯沙坦）方案患者、其他治疗方案6名。单核谱的无监视聚类判定出了33个细胞亚群，包罗了恶性上皮、非恶性上皮、免疫细胞、内排泄细胞及多种基质细胞。此外他们识别到有一群REG基因高表达的腺泡细胞群，而REG家眷的基因与促进胰腺炎症、腺泡导管化生、癌前病变有关。在至少有5例患者（未治疗、CRT、CRTL）的临床亚组中，接管新辅助治疗的肿瘤的恶性细胞比例显著较低，与组织学上一致。几个非恶性细胞亚群在分歧治疗组的数量和质量上存在差别：好比CRTL组比拟于CRT组CD8+ T细胞的比例更高；CRT组比拟于未治疗组调节性T细胞比例低；CRTL组比拟于未治疗组及CRT组: CD8+ T细胞表达更高水平的效应功能基因以及更低水平的功能静默基因。

在上皮细胞部门，有一群非恶性上皮细胞群共表达的导管和腺泡系标记物，他们认为这是正在发生腺泡-导管化生（ADM）的上皮细胞群，而ADM在小鼠胰腺肿瘤发生成长中施展一个启动感化感化。还有一群非恶性上皮共表达导管和恶性细胞标记物，他们把这群细胞叫做不典型导管细胞。慢性炎症和激活KRAS突变与ADM状况的持续存在和胰腺上皮内瘤变（PanIN）的进展有关。然后他们发现从正常的腺泡细胞到ADM到导管细胞，再到不典型导管细胞，再到恶性细胞，KRAS的表达量旌旗显着增加。解说提醒从正常逐渐成长为不正常的上皮的这么一个一连过程，拟时序的究竟进一步验证了这一点猜想，支撑ADM和非典型导管细胞作为PDAC肿瘤发生的相关中央状况。

上皮或肿瘤相关纤维细胞CAF富集的PDAC肿瘤的在之前研究中的表达特征仅与本研究的单核谱的划分部门一致，固然大多数肿瘤具有基底样/鳞状/准间充质细胞的恶性细胞和经典亚型，这些状况在一些恶性细胞中不存在。是以，他们使用共识非负矩阵分化（cNMF），从新分化了分歧肿瘤的恶性细胞和CAFs的表达法式模式，一共识别到14个恶性肿瘤相关法式及4个CAF法式。他们进一步发现了一个神经内排泄样法式，这雷同其他肿瘤类型中的神经内排泄样分化状况的细胞。先前的大量研究平日将内排泄或外排泄样谱归因于这些不太纯的肿瘤亚型中的非恶性细胞，但他们的数据显露，这些细胞存在于恶性细胞中。此外，他们还发现了一个神经样祖细胞的表达法式，这个表达法式富集了与神经元发育/迁徙/粘附相关的通路和基因，并显著富集了人类卵白图谱中的“脑组织富集”的相关基因。他们行使多重免疫荧光进行原位验证，发现一部门恶性细胞配合表达了细胞角卵白和NRXN3，NRXN3是一种平日在大脑皮层和尾状核的神经元和胶质细胞中表达的法式基因，是以证实了神经相关卵白能够在侵袭性上皮细胞中表达。经由在其他队列里研究发现该特点与在PDAC中视察到的与轴突指导、肿瘤-神经串扰和高发生率的神经周侵袭（PNI）相关的基因的频仍和多样的体细胞畸变相一致。

新辅助治疗中恶性和CAF法式表达在分歧患者中具有显著异质性。与未治疗组比拟，恶性神经样祖细胞法式和神经内排泄样法式在CRT组显着更高，而经典和鳞状法式较低。与未治疗组比拟，新辅助CRTL也显露出更高的神经样祖细胞法式表达，而经典的鳞状和基底样法式的表达较低。而且作者经由snRNA-seq，验证了与未治疗比拟，离体治疗的患者衍生器官样细胞系中神经样祖细胞法式增加。为进一步剖析，他们将治疗的响应水平划分为3类，对照分歧水平之间的一个法式转变情形，发现这个NRP法式旌旗的表达在中度响应比响应很差的肿瘤显着升高。此外经由反卷积剖析了这些法式表达与预后的关系，发现神经样祖细胞法式表达与患者预后更差相关。

为认识释细胞和表达法式在多细胞群体中的空间构造，作者使用NanoString GeoMx人类全转录组图谱进行了空间全转录组手艺，获得了切片上每个感乐趣区域（ROI）的空间转录组图谱，将每个恶性和CAF法式的表达映射到ROI上，究竟显露神经样祖细胞法式和神经内排泄样恶性法式加倍富集于CRT组的ROI中，与snRNA剖析一致。无监视聚类确定了三个具有分歧恶性、基质和免疫特征的多细胞群落。群落1（治疗富集）的特点是NRP与神经内排泄样恶性法式、嗜神经性CAF法式和CD8+T细胞之间的关系，以及间充质和腺泡恶性法式和免疫调节CAF法式。群落2（鳞状细胞-基秘闻胞样）的特点是鳞状细胞样和基秘闻胞样恶性法式与多种淋巴和骨髓细胞类型、较高的上皮细胞和免疫含量以及较低的CAF含量相关。群落3（经典）示意出经典恶性法式、肌纤维母细胞祖细胞和粘附CAF法式、巨噬细胞、中性粒细胞和树突状细胞之间的关系，以及更高的CAF和更低的免疫比例。