整合性时空转录组学发现了与胰腺导管腺癌中SEMA3A-NRP1轴相关的肝转移起始细胞群

摘要

背景

胰腺导管腺癌是一种致命性极高的恶性肿瘤，其中肝转移是导致预后不良的主要因素。虽然认为肿瘤细胞的可塑性是促进转移的关键，但与肝转移相关的初始细胞及其在胰腺导管腺癌进展过程中与转移微环境之间的空间相互作用机制仍不明确。

方法

我们整合了来自多个临床队列的批量转录组数据、单细胞RNA测序数据以及10x Genomics提供的空间转录组数据。通过基于机器学习的方法（scMalignantFinder）准确识别恶性上皮细胞。运用发育轨迹推断算法（VECTOR、scTour和Monocle2）来确定与肝转移相关的初始细胞。利用CellChat和CellPhoneDB分析细胞间通讯，通过RCTD和MISTy解析空间生态位。此外，还通过免疫组化、伤口愈合实验以及Transwell侵袭实验对关键信号通路进行功能验证。

结果

我们发现了一类具有高分化潜能的恶性上皮细胞亚群TSPAN1_MC2，并进一步研究了位于发育轨迹起始点的与肝转移相关的初始细胞，这类细胞同时具有上皮-间质转化和干细胞特征。与肝转移相关的初始细胞中，与干细胞特性相关的基因如NRP1和NRP2的表达水平较高，且与较差的临床预后及免疫疗法耐药性密切相关。细胞间通讯和空间分析表明，癌症相关成纤维细胞会分泌SEMA3A，该分子可与与肝转移相关的初始细胞上的NRP1结合，从而促使二者在空间上聚集并发生功能重编程。体外实验也证实，SEMA3A和NRP1的过度表达能够增强胰腺导管腺癌细胞的迁移和侵袭能力。转录因子YY1被认为可能与与肝转移相关的初始细胞的转录程序调控有关，它与NRP1的表达存在结构相似性，还能激活WNT和PI3K–AKT等信号通路。此外，与肝转移相关的初始细胞还存在明显的脂质代谢重编程现象，包括FASN和ACACA等限速酶的表达上升。药理基因组学分析进一步提示，这类细胞可能对FAK抑制剂（PF-562271）和HDAC抑制剂（Mocetinostat）更为敏感，这为后续治疗提供了潜在方向。

结论

在本研究中，我们在单细胞层面阐明了胰腺导管腺癌中与肝转移相关的初始细胞的特征，并发现了其所在空间和功能微环境中的CAF相关SEMA3A–NRP1信号通路。这些发现为开发针对胰腺导管腺癌肝转移早期微环境相互作用的靶向策略提供了更完善的理论基础。