DSP空間組學助力揭秘食管鱗狀細胞癌(ESCC)生態(tài)演變空間分子圖譜
近期，河北醫(yī)科大學第四醫(yī)院科研團隊于國際權威期刊《Cell Reports Medicine》發(fā)表了一項突破性研究成果。該團隊借助Nanostring GeoMx空間組學（Digital Spatial Profiling，簡稱DSP）技術（點擊），對食管鱗狀細胞癌（ESCC）組織樣本展開空間轉錄組分析，成功繪制出涵蓋從正常上皮、癌前病變，到浸潤性癌以及轉移灶的ESCC全周期空間分子圖譜。
這一成果不僅揭示了腫瘤微環(huán)境（TME）在疾病發(fā)展進程中的動態(tài)重塑特性，還精準定位了一個在晚期特異性激活的關鍵驅動基因——OGT，為食管癌的早期預警和晚期精準治療提供了全新的理論支撐與潛在靶點。
鑒于ESCC組織具有顯著的異質性，研究團隊選用了Nanostring GeoMx DSP平臺開展研究。該技術的一大優(yōu)勢在于，能在保留組織形態(tài)學背景的基礎上，利用熒光標記抗體，精準選取特定的感興趣區(qū)域（Region of Interest，簡稱ROI）進行全轉錄組測序。
此次研究共納入18例患者的32個樣本，這些樣本涵蓋了正常組織、癌前病變（ESPL）、原發(fā)灶（非轉移/轉移）以及淋巴結轉移灶等ESCC發(fā)展的關鍵階段。在病理醫(yī)師的專業(yè)指導下，研究團隊對腫瘤上皮區(qū)、免疫富集區(qū)及基質區(qū)進行了精準圈選，從而獲得了帶有明確空間注釋的轉錄組數(shù)據(jù)。這一方法在保留組織結構信息的同時，實現(xiàn)了對不同病變階段分子特征的定量比較。
1、癌前病變階段：分化異常與早期免疫應答
研究發(fā)現(xiàn)，ESCC起始階段的核心分子事件是表皮發(fā)育通路與角質形成細胞分化通路的協(xié)同失調(diào)。在癌前病變組織中，胚胎樣基因出現(xiàn)異常激活，進而引發(fā)角質形成細胞去分化。與此同時，免疫細胞浸潤出現(xiàn)失衡現(xiàn)象，具體表現(xiàn)為B細胞浸潤數(shù)量增多，而T細胞浸潤數(shù)量減少，形成了一種有利于腫瘤發(fā)生的“免疫失衡微環(huán)境”，為癌變的啟動創(chuàng)造了前提條件。
2、浸潤進展期：免疫抑制微環(huán)境悄然成型
當病變逐步發(fā)展至浸潤性癌階段，腫瘤微環(huán)境發(fā)生了顯著變化。研究結果表明，CD8+ T細胞和CD4+ T細胞在腫瘤區(qū)域的浸潤數(shù)量相對減少，而具備免疫抑制特性的巨噬細胞以及特定中性粒細胞亞群的比例卻有所上升。通過空間共定位分析進一步發(fā)現(xiàn)，原本發(fā)揮重要免疫功能的三級淋巴結構（TLS）逐漸出現(xiàn)功能失調(diào)，其招募效應T細胞的能力明顯減弱，腫瘤細胞周圍慢慢構筑起一道免疫抑制屏障，使得腫瘤細胞能夠在相對“安全”的環(huán)境中繼續(xù)生長和擴散。
3、晚期轉移階段：PI3K/AKT通路激活與OGT的關鍵角色
在晚期以及發(fā)生轉移的病灶中，與細胞促生存和增殖密切相關的PI3K/AKT信號通路持續(xù)處于高度激活狀態(tài)。研究團隊通過對差異表達基因進行篩選，并結合臨床預后情況展開關聯(lián)分析，發(fā)現(xiàn)OGT基因在晚期腫瘤細胞中呈現(xiàn)出特異性高表達的特征，而且其表達水平與患者的不良預后情況呈現(xiàn)出正相關關系，這意味著OGT基因在晚期食管癌的發(fā)展過程中可能扮演著重要角色。
三、機制驗證與功能研究：揭開OGT的神秘面紗
為了深入探究OGT在食管癌進展過程中的具體功能，研究團隊開展了一系列體外和體內(nèi)實驗。
（1）表型影響：在食管癌細胞系中，當降低OGT的表達水平時，細胞的遷移和侵襲能力會受到顯著抑制，在小鼠模型中，肺轉移結節(jié)的數(shù)量也明顯減少；相反，如果過表達OGT，則會呈現(xiàn)出促進癌癥發(fā)展的效應，細胞的遷移和侵襲能力增強，小鼠模型中的肺轉移結節(jié)數(shù)量增多。
（2）分子機制：實驗證實，OGT能夠通過催化蛋白質進行O - GlcNAc糖基化修飾，增強AKT蛋白的磷酸化水平，進而激活下游信號通路，推動細胞周期進程并抑制細胞凋亡，為腫瘤細胞的生長和擴散提供有利條件。
（3）空間關聯(lián)：結合DSP數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，OGT高表達的區(qū)域往往伴隨著免疫活性信號的降低，這提示OGT可能通過代謝重編程的方式參與到免疫抑制微環(huán)境的維持過程中，為腫瘤細胞逃避機體免疫監(jiān)視創(chuàng)造條件。
四、科學意義與應用前景：開辟食管癌研究新路徑該研究借助DSP空間轉錄組技術，客觀且全面地展示了食管癌從癌前病變到發(fā)生轉移過程中微環(huán)境的空間演化軌跡。
研究不僅清晰地明確了不同發(fā)展階段的分子特征，還通過功能實驗有力地驗證了OGT作為晚期食管癌關鍵驅動因子的潛在價值。研究團隊指出，OGT有望成為評估食管癌進展風險的新型生物標志物，為臨床診斷和預后判斷提供重要依據(jù)。針對OGT及其下游通路制定干預策略，或許能夠為晚期食管癌患者帶來新的治療希望和思路。
此外，該研究也充分展示了DSP技術在解析復雜腫瘤生態(tài)系統(tǒng)方面的獨特優(yōu)勢，它無需依賴單細胞解離，就能夠實現(xiàn)對特定組織區(qū)域的高通量分子表征，為腫瘤研究提供了新的技術手段和方法。
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原文點擊：《Cell Reports Medicine》刊載：以DSP空間組學揭秘ESCC生態(tài)演變
