IF 31+，DSP空间多组学技术如何解析结直肠癌的进展，以及发掘临床相关生物标志物？

要开发结直肠癌CRC早期诊断的临床相关生物标志物并开展针对性疾病治疗深入解析其发生与进展的生物学机制至关重要。本研究整合DSP空间多组学、成像质谱流式IMC技术及既往单细胞测序数据不仅筛选出与结直肠癌肿瘤发生相关的蛋白 —— 这些蛋白或可作为早期检测与分期的候选生物标志物还揭示了结直肠癌发病及进展背后的生物学过程且证实 CD47-SIRPα 轴有望成为该疾病的免疫治疗靶点。文章题目Transcriptomic and immunophenotypic profiling reveals molecular and immunological hallmarks of colorectal cancer tumourigenesis.中文题目转录组学和免疫表型分析揭示结肠直肠癌肿瘤发生的分子和免疫学特征发表时间2022.11期刊名称Gut1、研究思路2、研究结果1早期结直肠癌肿瘤发生的瘤内基因表达谱分析及候选生物标志物鉴定借助DSP 空间多组学平台在相同样本上圈选9 个不同组织学 ROI 感兴趣区域选取每个 ROI 内 PanCK 和 Vimentin 阳性表达部分分析上皮细胞PanCK和基质细胞Vimentin的转录变化。通过降维分析、差异基因分析等手段发现不同组织区域的上皮细胞与基质细胞基因表达有差异。对不同区域转录组展开深入分析筛选出多个在不同组织区域间表达差异显著的基因推测这些基因可能是早期 CRC 的理想生物标志物。下一步通过IHC 验证这些差异基因的表达变化是否与蛋白质丰度变化相符以确认所选候选生物标志物差异蛋白可作为临床生物标志物。2CRC 肿瘤发生过程中上皮细胞和基质细胞富集不同生物学过程利用 Wiki Pathways database 进行富集分析筛选出 7 个与不同程度恶性转化相关的通路簇C1-C7。上皮细胞以富集 C1、C2、C4 中的通路为主涉及增殖、DNA 损伤修复及代谢等生物学过程C3 中的通路在上下皮细胞与基质细胞中均富集与肿瘤进展具有相关性基质细胞主要富集 C5、C6、C7 中的通路关联免疫抑制等恶性肿瘤发展生物学过程。说明肿瘤发生存在显著转录组改变且有恶性肿瘤相关生物学过程这些过程特异性富集于肿瘤上皮或基质细胞。3结直肠癌进展过程中的免疫变化与 CD47-SIRPα 轴信号上调有关经富集分析筛选出大量免疫相关通路接下来重点分析不同组织学区域间肿瘤免疫微环境的差异。利用免疫细胞反卷积算法计算各 ROI 内特定细胞亚群的相对丰度结果表明从正常组织到癌组织免疫细胞相对丰度呈下降趋势成纤维细胞、内皮细胞和巨噬细胞的相对丰度则升高。为更全面表征免疫微环境进一步实施WikiPathways 通路富集分析与差异基因分析发现恶性转化早期存在炎症反应CRC 发生时先天免疫反应被激活同时CD276B7-H3和 SIRPASIRPα在高级别增生区域与癌区域的基质中表达增加。接下来借助IHC对差异基因 CD276、SIRPA 进行蛋白层面验证结果显示从正常结直肠组织到癌组织CD47 和 SIRPα 的表达呈逐步上升趋势说明结直肠癌的发生发展与 CD47-SIRPα 轴信号上调有关。4巨噬细胞亚型在从正常组织到癌症的进展过程发生转变为更精准表征免疫微环境的改变运用成像质谱流式IMC技术检测发现从正常结直肠组织到癌组织特定巨噬细胞群CD68、CD163、HLA-DR、CD204的相对丰度有显著变化。为明确巨噬细胞亚型研究者采用前人已发表的单细胞数据集开展分析结果显示从正常结肠组织到发育异常再到肿瘤转变过程中髓系细胞浸润增多巨噬细胞发生从促炎症性 HLA-DR CD204 亚型向 HLA-DR-CD204 免疫抑制亚型的转变。3、结论该研究联合DSP 空间组学、IMC 和单细胞数据分析技术从空间生物学角度深入剖析 CRC 恶性转化过程中的转录组与免疫学变化不仅揭示了 CRC 发病和进展的生物学机制还确定了与疾病进展密切关联的生物标志物以及有望应用于临床免疫治疗的潜在靶标 CD47-SIRPα。