空间转录组解析早期肺腺癌组织学亚型的分子异质性及预后标志物

本研究通过空间转录组技术（GeoMx DSP）结合多重免疫荧光（mIF），系统分析了早期肺腺癌（LUAD）不同组织学亚型（高、中、低分化）在肿瘤上皮区、巨噬细胞富集区及间质区的分子特征。研究发现低分化组分中补体激活（C1R/C1S/C3）、细胞外基质（ECM）重塑（MMP9/SPP1）和体液免疫通路显著富集，并构建了17基因预后标志物（含CFB/IGHM/COL6A2等），为混合型LUAD的精准诊疗提供新靶点。

1 引言

肺腺癌（LUAD）作为肺癌主要亚型，其组织学异质性（如贴壁型、腺泡型、实体型等）与预后密切相关。尽管基因组学研究已揭示部分驱动突变，但空间分辨率不足限制了肿瘤微环境（TME）中细胞互作的解析。本研究采用纳米弦（Nanostring）GeoMx数字空间分析平台，对11例I期LUAD的128个兴趣区域（AOI）进行空间转录组测序，结合单细胞数据（scRNA-seq）和多重免疫荧光（mIF）验证，首次在空间维度揭示分化梯度相关的分子网络。

2 材料与方法

样本来自天津胸科医院2008-2020年的福尔马林固定石蜡包埋（FFPE）组织，经两位病理学家盲法评估组织学亚型。通过泛细胞角蛋白（PanCK）、CD68/CD163标记划分上皮细胞、巨噬细胞和间质区域，使用全转录组图谱面板（18,677基因）进行UV切割测序。差异表达基因（DEGs）通过edgeR分析（|logFC|>1，p<0.05），功能注释采用clusterProfiler，免疫浸润通过CIBERSORT评估。

3 结果

3.1 上皮区分子特征

低分化肿瘤中补体经典通路基因（C1S/C1R/C3）表达呈梯度上升（mIF验证p<0.01），伴随NF-κB和B细胞信号激活。相反，高分化组富集神经发育基因（HOXD1/NDNF）和代谢通路（PFKFB2）。单细胞数据证实C3在实体型肿瘤上皮细胞的表达量较贴壁型高2.3倍（p=0.003）。

3.2 巨噬细胞代谢重编程

巨噬细胞区显示分化相关代谢转换：高分化组富集谷氨酰胺代谢（GLS），低分化组上调基质金属蛋白酶（MMP9）和黏蛋白5B（MUC5B）。空间共定位分析发现上皮区C3与邻近巨噬细胞区COL6A2显著正相关（R=0.6），提示补体-ECM轴驱动恶性进展。

3.3 预后模型构建

整合补体（CFB/IGHG4）、ECM（SPP1/COL6A2）和体液免疫（CXCL8/DMBT1）通路基因的17分子标签，在训练集和TCGA队列中均显著区分高低风险组（HR=1.62，p=0.0073），AUC达0.96。mIF显示复发组SPP1⁺巨噬细胞密度增加3.8倍（p<0.001）。

4 讨论

该研究首次空间解析LUAD分化轨迹：

• •

  机制层面：揭示补体系统通过C3a片段促进上皮-间质转化（EMT），而MMP9⁺巨噬细胞通过降解胶原重塑转移前微环境。

• •

  临床价值：17基因标签可辅助现有WHO分级系统，尤其对混合亚型预后预测效能提升40%。

• •

  治疗启示：靶向C1s抑制剂（如ANX005）或可逆转Treg介导的免疫抑制。

5 结论

空间多组学技术成功 bridging组织形态与分子机制，为LUAD的个体化治疗提供新型生物标志物和联合治疗靶点。未来需在CosMx单细胞平台验证肿瘤-免疫细胞空间互作网络。