原发性肝癌(PLC)是死亡率第二高的肿瘤，其中肝细胞癌(HCC)和肝内胆管癌(ICC)是两种主要的组织学亚型。慢性肝炎病毒感染、过度应激、药物性肝损伤、黄曲霉毒素B暴露、未溶解性炎症和复杂的TME等病因和生物学多样性导致了肝癌的高度肿瘤内异质性。到目前为止，针对PLC有效的非手术策略很少，且缺乏有效的治疗干预的药物靶点。
近日，医院LeiChen团队通过空间转录组测序技术揭示了原发性肝癌空间结构，该研究的数据为肝癌复杂的生态系统提供了新的见解，并有可能改善个体化癌症预防和药物发现。相关论文于年5月25日发表于bioRxiv。
1.利用空间转录组学探索原发性肝癌的结构
EXPLORATIONOFPRIMARYLIVERCANCERARCHITECTUREWITHSPATIALTRANSCRIPTOMICS
为了综合分析原发性肝癌(PLC)的空间异质性，收集了7例患者的21份组织标本，其中5例为肝癌，肝胆管癌与肝细胞癌混合癌1例，1例肝内胆管细胞癌，并通过10XGenomicsVisium平台空间转录组学(ST)测序(图1A)；一般来说，肿瘤区域的UMI数量大于正常区域的数量，这与之前的研究一致（图1B）；为了验证转录组学特征是否与组织学信息一致，作者将HE染色图像与其对应的ST数据进行了比较，结果证实，由细胞类型标记基因表达定义的区域与病理图像高度一致，其中，ALB和CYP2E1在正常区域高表达，肿瘤区域的GPC3和ARK1B10高表达，KRT19在胆管癌区域高表达，COL1A1在被膜和基质区域高表达（图1C）。
图1利用空间转录组学探索原发性肝癌的结构
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2.PLC空间异质性的不同模式
DIFFERENTPATTERNSOFPLCSPATIALHETEROGENEITIES
为了描述PLC的空间多样性，作者将每个患者不同部位的点合并，并进行聚类分析，HCC-1T、HCC-3T和HCC-4T的亚群具有区域分布特征，而HCC-2T和cHC-1T的亚群是相互交织的，HCC-3L的亚群-5是一个独特的亚群（图2A）；为了在不同患者的聚类水平上检查亚型，作者进行了分层聚类，结果显示来自相同类型区域的亚群在总体上更相似（图2B）；通过拟合细胞类型评分（包括T细胞、B细胞、NK细胞、髓系细胞、内皮细胞和成纤维细胞）的变异曲线，作者发现除cHC-1外，5例患者T细胞、B细胞、内皮细胞和成纤维细胞的变异模式相似，而NK细胞和骨髓细胞的变化很大（图2C）。
图2PLC空间异质性的不同模式
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3.肿瘤边缘微环境特征
MICROENVIRONMENTCHARACTERISTICSINLEADING-EDGEAREA
HCC-1、HCC-3和HCC-4中的肿瘤边缘和肿瘤组织切片的肿瘤区域具有更高的空间连续性和更低的转录组多样性（图3A）；为了进一步探索具有较高空间连续性和较低转录组多样性的三个样本（HCC-1L、HCC-3L和HCC-4L）的共同特征，作者调查了相应的临床病理特征，发现它们都具有完整的被膜，而cHC-1L和HCC-2L的被膜在病理上是不完整的，ICC-1L在肿瘤结节的边缘没有被膜，观察到基质和免疫细胞标志物的表达在HCC-4L中从正常侧到肿瘤侧在被膜中显著减少，表明被膜可能影响基质和免疫细胞分布（图3B）；HCC-1L、HCC-3L和HCC-4L被命名为“完全被膜（CC）”组，而HCC-2L、cHC-1L和ICC-1L被命名为“非被膜或不连续被膜（NC）”组（图3C）；与NC组相比，CC组正常区T、B和髓系细胞评分明显高于肿瘤区，CC组肿瘤区和正常区的成纤维细胞和内皮细胞亚型评分均较低（图3D）；CC组正常区CD8+Tem(有效记忆T细胞)、Tregs(调节性T细胞)、CD4+记忆T细胞、CD4+Tem、cDC(常规树突状细胞)、单核细胞、巨噬细胞M1和中性粒细胞明显富集（图3E）；通过比较两组肿瘤区域T细胞功能，作者发现NC组T细胞衰竭显著增加，同时PDCD1、CTLA4、LAG3、TIM3表达增加（图3F）；此外，CC组在过渡区T细胞、B细胞、NK细胞和髓系细胞评分均显著降低（图3G）。
图3肿瘤边缘微环境特征
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4.PLC的瘤内异质性
INTRATUMORHETEROGENEITYINPLCS
为了研究在两个L和T切片中肿瘤区域的内部异质性，通过每个肿瘤亚群的标志通路活性的分层聚类分析，确定出两个模块，模块-1显示细胞周期和代谢相关通路的高活性，而模块-2在炎症、血管生成和上皮-间质转化方面具有更高的活性（图4A）；HCC-1的肿瘤亚群属于两个不同的模块，T.2（在HCC-1T中代表亚群-2）为模块2，T.5和6（在HCC-1T中代表亚群5和亚群6）为模块1（图4B）；通过将这三个肿瘤亚群与两个HCC大量转录组数据集的样本进行比较，作者发现与T.2更相似的大量样本比与T.56相似的样本具有更好的预后（图4C）；为了研究HCC-1中肿瘤亚群之间的通信和相互作用，亚群的界面区域被选择为4个点宽的范围（图4D）；HCC-1T.2HCC-1T.6（HCC-1T.2代表HCC-1T中的亚群-2）和HCC-1T.5HCC-1T.6相互作用中也存在类似的模式（图4E）；从空间转录组数据推断出的拷贝数变异大多与WES数据一致，这表明从空间转录组数据推断出的拷贝数变异是可靠的，而且空间转录组数据在不同肿瘤亚群之间产生了更微妙的拷贝数异质性（图4F）。
图4PLC的瘤内异质性
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5.结论和意义
CONCLUSIONSIGNIFICANCE
在这项研究中，首次以55μm的空间分辨率测量了七种原发性肝癌的全基因组异质性转录组。通过从正常到前沿再到肿瘤区域的顺序比较，作者发现肿瘤被膜可能影响肿瘤内空间亚群的连续性、转录组多样性、免疫细胞浸润和癌症标志通路活性。结果表明肿瘤内存在广泛的空间异质性，某些肿瘤的不同亚群具有不同的通路活性和不同的细胞起源，不同亚群的细胞通讯可能对肿瘤的生态和进化至关重要。
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参考文献：RuiW.,WenboG.,XinyaoQ.,etal.ComprehensiveAnalysisofSpatialArchitectureinPrimaryLiverCancer.bioRxiv.
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