空間轉(zhuǎn)錄組揭示腦垂體神經(jīng)內(nèi)分泌腫瘤進展中參與腫瘤異質(zhì)性和免疫重塑

期刊：Nature Communications
影響因子：15.7
主要技術(shù)：scRNA-seq、Visium

導(dǎo)語
垂體神經(jīng)內(nèi)分泌腫瘤（PitNET），既往常稱垂體腺瘤，是一類起源于垂體前葉的異質(zhì)性腫瘤。依據(jù)特異性轉(zhuǎn)錄因子可將其劃分為三大譜系，分別為 PIT1 型、TPIT 型與 SF1 型，各譜系對應(yīng)不同的激素分泌功能亞型。功能性 PitNET 的臨床癥狀多由激素分泌過量引發(fā)，同時腫瘤對視神經(jīng)等鄰近組織結(jié)構(gòu)的壓迫，還會誘發(fā)頭痛、視力障礙等表現(xiàn)，患者癥狀因腫瘤分泌激素的類型及水平存在顯著差異。

手術(shù)是目前 PitNET 的核心標準治療手段，也是緩解腫瘤占位效應(yīng)與全身內(nèi)分泌相關(guān)癥狀的首選方案；多巴胺激動劑、生長抑素受體配體等藥物治療，則分別為催乳素瘤、甲狀腺刺激激素及生長激素分泌腺瘤等特定亞型的一線治療選擇。但臨床中約 35% 的 PitNET 具有侵襲性特征，常導(dǎo)致手術(shù)切除不徹底、術(shù)后復(fù)發(fā)率居高不下。侵襲性垂體腫瘤存在常規(guī)治療抵抗、生長速度快、復(fù)發(fā)頻繁等問題，構(gòu)成了嚴峻的臨床診療挑戰(zhàn)，因此早期評估腫瘤侵襲性對制定精準干預(yù)方案至關(guān)重要。

現(xiàn)有研究證實，腫瘤微環(huán)境在 PitNET 的生物學行為中扮演關(guān)鍵角色。腫瘤相關(guān)巨噬細胞是 PitNET 微環(huán)境中的主要免疫細胞，對腫瘤體積、增殖活性及侵襲能力具有顯著影響，成纖維細胞、內(nèi)皮細胞等基質(zhì)細胞亦參與腫瘤的進展與侵襲過程。然而，免疫細胞、基質(zhì)細胞與腫瘤細胞之間的復(fù)雜相互作用，目前尚未得到清晰闡明，這也凸顯了深入開展相關(guān)研究的必要性。

近年來，單細胞 RNA 測序技術(shù)的應(yīng)用，進一步揭示了 PitNET 腫瘤異質(zhì)性與微環(huán)境的重要調(diào)控作用。國內(nèi)外多項研究借助該技術(shù)，分別發(fā)現(xiàn)不同亞型腫瘤在上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化特征、細胞分化狀態(tài)與復(fù)發(fā)模式的關(guān)聯(lián)，以及干擾素 -γ、PBK 基因等在腫瘤微環(huán)境重塑及腫瘤細胞增殖遷移中的作用。盡管相關(guān)研究已取得一定進展，但學界對 PitNET 腫瘤微環(huán)境內(nèi)的復(fù)雜互作機制，尤其是空間層面的調(diào)控規(guī)律，仍缺乏系統(tǒng)認知。

本研究將整合單細胞圖譜與腫瘤空間結(jié)構(gòu)信息，系統(tǒng)解析 PitNET 的腫瘤異質(zhì)性，明確其與臨床表型、細胞組織排布及腫瘤微環(huán)境互作的內(nèi)在聯(lián)系，挖掘新型細胞標志物及細胞間調(diào)控機制，以期為 PitNET 靶向治療的開發(fā)提供全新思路與理論支撐。

主要技術(shù)
scRNA-seq、Visium

研究結(jié)果單細胞 + 空間轉(zhuǎn)錄組構(gòu)建 PitNET 全景細胞圖譜
為解析 PitNET 的細胞與空間架構(gòu)，研究對 57 份垂體組織樣本的 172510 個細胞、35347 個空間位點開展整合分析，樣本涵蓋 ACTH、PRL、GH 等 11 類 PitNET 亞型及 3 份正常垂體組織（圖 1a）。通過激素分泌相關(guān)基因檢測實現(xiàn)各腫瘤亞型的精準鑒定，單細胞無監(jiān)督聚類分析明確了腫瘤細胞、髓系細胞、淋巴細胞、成纖維細胞等六大核心細胞簇，與既往研究結(jié)論高度一致（圖 1c-1d）。不同 PitNET 亞型雖共享核心細胞類型，但細胞占比存在顯著的樣本特異性，如干細胞主要來源于單一 TSH 腫瘤患者（圖 1e）。同時研究利用空間轉(zhuǎn)錄組將樣本劃分為 7 個基于基因特征的生態(tài)位，其中 GH/TSH - 免疫混合生態(tài)位處于基質(zhì)區(qū)向癌變區(qū)的過渡狀態(tài)，單細胞與空間轉(zhuǎn)錄組的整合分析驗證了細胞鑒定結(jié)果的高度一致性，首次構(gòu)建了 PitNET 的單細胞與空間全景細胞圖譜，為后續(xù)機制研究奠定基礎(chǔ)。
 

圖 1

2. TPIT 譜系中鎖定侵襲性 PitNET 核心細胞簇
研究針對不同譜系 PitNET 逐一解析其腫瘤異質(zhì)性，聚焦 TPIT 譜系的 16 個腫瘤細胞簇，通過層級聚類鑒定出 6 個亞群（圖 3a）。其中 ACTH⁽ᴬᵍᵍ⁾亞群為典型的侵襲性特征簇，高表達 CASC5、GTSE1 等 82 個與腫瘤侵襲相關(guān)的基因，p53 和 FoxO 通路活性顯著增強，細胞周期、增殖及 DNA 修復(fù)能力遠高于其他亞群（圖 3b-3e）。利用 Monocle 2 構(gòu)建的發(fā)育軌跡顯示，TPIT 譜系腫瘤以 SCA⁽ᴿᵉᵍ⁾為分化起點，ACTH⁽ᴬᵍᵍ⁾處于分化軌跡的末端，與腫瘤進展密切相關(guān)（圖 3f）。該侵襲性亞群主要來自攜帶 TP53 Arg248Gln 熱點突變的患者，其 Ki67 陽性率達 8%、Trouillas 分級為 2b 級，無進展生存期僅 15 個月，遠短于其他 ACTH 腫瘤患者（圖 4a-4j）。單細胞轉(zhuǎn)錄組分析還發(fā)現(xiàn)，部分 SCA、ACTH 腫瘤存在轉(zhuǎn)錄組表型與臨床診斷不符的情況，如 SCA1 樣本部分簇高表達 ACTH 特異性基因（圖 2d-2e），揭示了 PitNET 高度的內(nèi)在異質(zhì)性，也證實了分子分型對腫瘤精準表征的重要性。
 

圖 2

圖 3

圖 4

3. SP1+TAM 成 PitNET 侵襲的關(guān)鍵微環(huán)境調(diào)控因子
腫瘤微環(huán)境是調(diào)控 PitNET 侵襲的核心，研究對 PitNET 的免疫基質(zhì)細胞進行系統(tǒng)解析，從 12267 個細胞中鑒定出 16 個免疫基質(zhì)細胞簇，包括 3 類腫瘤相關(guān)巨噬細胞（TAM）、3 類癌相關(guān)成纖維細胞（CAF）及 2 類內(nèi)皮細胞（圖 5a-5b）。其中 SPP1+TAM 為特征性巨噬細胞亞型，高表達 OLR1、PLIN2 等基因，PPAR、TNF 信號通路顯著富集，且與 CAFs 存在明顯的空間共定位（圖 5c-5i）。臨床樣本分析發(fā)現(xiàn)，SPP1+TAM 在侵襲性 PitNET 中顯著富集，且與腫瘤大小、復(fù)發(fā)狀態(tài)及亞型無關(guān)（圖 6a-6f），這一結(jié)果在外部批量測序數(shù)據(jù)中也得到驗證。機制研究證實，SPP1+TAM 通過 SPP1-ITGAV/ITGB1 配體 - 受體通路與腫瘤細胞相互作用，激活下游 MAPK、PI3K/Akt 通路，促進腫瘤細胞的增殖與侵襲（圖 6g-6k）。體外實驗進一步驗證，外源性 SPP1 可顯著增強 PitNET 細胞系的增殖、遷移能力，而敲低 ITGB1 則能完全逆轉(zhuǎn)該促腫瘤效應(yīng)，明確了 SPP1-ITGAV/ITGB1 通路是調(diào)控 PitNET 侵襲的核心分子通路。
 

圖 5


圖 6

結(jié)語
本研究首次整合單細胞 RNA 測序與空間轉(zhuǎn)錄組技術(shù)，對 57 份 PitNET 樣本開展系統(tǒng)性分析，全面解析了 PitNET 的腫瘤異質(zhì)性與腫瘤微環(huán)境的空間互作規(guī)律。研究明確了 TPIT 譜系中 ACTH⁽ᴬᵍᵍ⁾為侵襲性核心細胞簇，p53 信號通路異常激活是驅(qū)動該亞型侵襲的關(guān)鍵分子機制，p53 陽性聯(lián)合 Ki67 高表達可作為 PitNET 侵襲性的重要預(yù)后標志物。同時發(fā)現(xiàn) SPP1+TAM 是調(diào)控 PitNET 侵襲的核心微環(huán)境細胞，其通過 SPP1-ITGAV/ITGB1 通路促進腫瘤進展，該細胞亞型及相關(guān)通路可作為侵襲性 PitNET 的潛在治療靶點。此外，研究還揭示了不同譜系 PitNET 的異質(zhì)性特征，發(fā)現(xiàn)各譜系未分化亞型共享干樣特征簽名，為 PitNET 的譜系特異性治療提供了新思路。該研究彌補了 PitNET 空間層面研究的空白，不僅為深入理解 PitNET 的發(fā)生發(fā)展機制提供了全新視角，也為臨床篩選侵襲性 PitNET、開發(fā)精準靶向治療方案提供了重要的分子依據(jù)，有望為改善侵襲性 PitNET 患者的預(yù)后帶來新突破。

參考文獻：
Su W, Ye Z, Liu J, Deng K, Liu J, Zhu H, Duan L, Shi C, Wang L, Zhao Y, Gong F, Zhang Y, Hou B, You H, Feng F, Ling Q, Xiao Y, Guo Y, Fan W, Zhang S, Zhang Z, Hu X, Yao Y, Zheng C, Lu L. Single-cell and spatial transcriptome analyses reveal tumor heterogeneity and immune remodeling involved in pituitary neuroendocrine tumor progression. Nat Commun. 2025 May 30;16(1):5007. doi: 10.1038/s41467-025-60028-5. PMID: 40442104; PMCID: PMC12122724.