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胰腺癌神经侵袭中的细胞亚型：单细胞与空间转录组学的整合研究

作者及发表信息
本研究由Min-Min Chen、Qinhang Gao、Huiheng Ning等来自深圳湾实验室癌症研究所、北京大学前沿交叉学科研究院、广东省人民医院等机构的研究团队合作完成，于2025年9月8日发表在《Cancer Cell》期刊（Volume 43, Issue 1–21）。

学术背景
胰腺导管腺癌（PDAC）是恶性程度最高的肿瘤之一，其显著特征是高达80%-100%的神经侵袭（Neural Invasion, NI）发生率。NI与局部复发、转移和疼痛密切相关，是PDAC患者预后不良的独立预测因素。尽管既往研究揭示了癌细胞与神经的互作机制（如神经营养因子、趋化因子等），但肿瘤相关神经的微环境组成及其空间结构仍不明确。多组学技术的发展为解析肿瘤微环境（Tumor Microenvironment, TME）提供了新工具，但神经细胞在PDAC中的异质性及其功能尚未系统研究。本研究旨在通过整合单细胞/单核RNA测序（sc/snRNA-seq）与空间转录组学（Spatial Transcriptomics, ST），揭示不同NI状态下PDAC组织的细胞组成、谱系动态和空间架构，并鉴定促进NI的关键细胞亚群。

研究流程与方法
1. 样本收集与分组
- 研究对象：25例初治PDAC患者的62份样本（包括肿瘤组织、癌旁正常组织和外周血），根据NI程度分为低NI组（8例）和高NI组（17例）。
- 样本处理：13例新鲜肿瘤组织进行scRNA-seq和单细胞TCR测序（scTCR-seq）；8例FFPE样本进行snRNA-seq；16例FFPE和5例冷冻肿瘤组织进行ST分析（10x Visium平台）。

1. 数据生成与整合

   • 测序数据：获得199,184个单细胞转录组和32,005个单核转录组，通过Harmony算法校正批次效应，整合为统一图谱。
     
   • 细胞注释：无监督聚类鉴定44个免疫细胞亚群、14个基质细胞亚群和9个导管细胞亚群，包括已知的PDAC相关群体（如耗竭T细胞、NLPR3+肿瘤相关巨噬细胞）和新发现的亚群（如NRP2+成纤维细胞）。
     

2. 空间解析与验证

   • ST分析：81,714个spots的转录组数据通过Robust Cell-type Decomposition (RCTD)方法映射到单细胞图谱，鉴定12个空间生态位（如三级淋巴结构TLSs、神经富集区域）。
     
   • 多重免疫组化（mIHC）：验证神经元类型（TH+交感神经、CGRP+感觉神经）及特定细胞亚群的空间定位。
     

3. 功能实验

   • 体外迁移实验：共培养PDAC细胞系（Panc-1）与施万细胞（SNF96.2），评估TGF-β信号对施万细胞促迁移能力的影响。
     
   • 生存分析：利用TCGA数据验证关键亚群（如TGFBI+施万细胞）的临床意义。
     

主要结果
1. 恶性细胞亚群的异质性
- 发现9个导管细胞亚群，包括具有“基底样”（basal-like）特征的D09_ductal-CEACAM6和表达GABA受体的D04_ductal-GABRP。空间分析显示，这两种亚群在侵袭神经边缘富集，且分别通过整合素信号（促进迁移）和神经活性分子互作（如GABRP-KCNN4协同）驱动NI。

1. NI相关的微环境特征

   • 低NI组织：富含三级淋巴结构（TLSs），其周围聚集滤泡辅助T细胞（Tfh）和效应记忆T细胞（TEMRA），提示适应性免疫的抗侵袭作用。
     
   • 高NI组织：侵袭神经周围富集NLPR3+巨噬细胞（分泌IL-1β）、癌症相关肌成纤维细胞（myCAFs）和促炎性中性粒细胞，形成促侵袭的炎症微环境。
     

2. 神经内细胞组成

   • 鉴定独特的神经内成纤维细胞亚群（F07_fibro-NRP2），高表达轴突导向基因（NRP2、RGMA）和脂蛋白APOD，可能参与神经保护。
     
   • 施万细胞分为3个亚群：
     
     • S01_ABCA8+（髓鞘化表型）：在非侵袭神经中主导。
       
     • S02_TGFBI+（转化表型）：位于侵袭前沿，受TGF-β信号诱导，高表达ECM重塑基因（FN1、COL12A1），促进癌细胞迁移。
       
     • S03_SERPINA3+（修复表型）：在损伤神经中激活AP-1通路。
       

3. 机制与临床关联

   • TGF-β1（由NLPR3+巨噬细胞和myCAFs分泌）可诱导施万细胞向TGFBI+表型转化，增强其促迁移能力（Transwell实验验证）。
     
   • TCGA队列中，TGFBI+施万细胞特征与患者总生存期缩短显著相关（p<0.05）。
     

结论与意义
本研究首次绘制了PDAC神经侵袭的单细胞空间图谱，揭示了NI的动态微环境和关键驱动细胞：
1. 科学价值：
- 阐明神经-免疫-癌细胞互作的时空规律，提出“TLSs保护神经免受侵袭”和“TGFBI+施万细胞促进NI”的新机制。
- 为PDAC的分子分型补充了神经侵袭相关亚群（如GABRP+恶性细胞）。
2. 应用潜力：
- TGFBI+施万细胞或TGF-β信号通路可作为抑制NI的靶点。
- TLSs的丰度可能预测NI风险，指导免疫治疗策略。

研究亮点
1. 多组学整合：结合sc/snRNA-seq、ST、scTCR-seq和mIHC，实现高分辨率解析。
2. 发现新型细胞亚群：如NRP2+神经内成纤维细胞和TGFBI+施万细胞。
3. 空间动态分析：揭示TLSs与神经的共定位（NTSs结构）及侵袭前沿的细胞互作网络。

其他价值
- 公开数据资源（GSE278694）和交互式网站（http://pdac.cancer-pku.cn）助力后续研究。
- 提出的“神经-免疫微环境”框架为其他实体瘤的神经侵袭研究提供范式。

（注：全文约2000字，涵盖研究全貌，重点突出方法学创新和机制发现。）