文献分享--食管癌发生的单细胞多阶段空间演化图谱（Xenium）

作者，Evil Genius

科研之路，并不平坦，唯有坚持，才有胜算。

今日参考文献

知识积累

癌症的发展涉及癌细胞及其周围微环境的共同进化。

基因组学和单细胞转录组学的最新进展揭示了肿瘤细胞中突变（TP53、NOTCH1等）的关键作用以及上皮细胞和基质细胞群体之间在驱动癌发展和进展中的复杂相互作用。

高分辨率的空间转录组学分析来系统地绘制出癌变过程中细胞状态的空间动态（Xenium）。

结果1、多阶段空间转录组学分析揭示ESCC发展中的细胞排布

对来自43名代表ESCC发展多个阶段的患者的总共127个FOV进行了空间转录组学分析，其中包括45名正常食管上皮（NOR），25名LGIN，21名HGIN和36名ESCC FOV。

300基因探针的Xenium空间技术。

结果2、增殖性和侵袭性上皮细胞亚群的扩张驱动ESCC的发展

为了描绘上皮细胞在肿瘤发生过程中的演变，分析了ESCC发展多个阶段的4个主要亚群，共1923352个上皮细胞，每个上皮细胞亚群表现出不同的表达谱，并使用来自多阶段样品的scRNAseq数据进一步验证。分析发现，在NOR期，复层鳞状上皮是完整的，具有连续的基底膜，并且三个上皮细胞亚群位于其上方。在NOR期，上皮层再生所必需的基底细胞和增殖细胞主要位于上皮-间质界面附近，分别占上皮厚度的6.2%和7.2%，在LGIN期，增殖细胞从NOR期的7.2%扩增至22.2%，伴随着显著上调的循环，炎症，和DNA修复程序。相反，分化上皮细胞的平均厚度比例从NOR期的86.7%下降到60.1%，粘膜防御程序的表达水平也比NOR期的表达水平降低，尽管差异不具有统计学显著性。这些变化表明LGIN进展的特征在于增殖细胞亚群向食管腔的显著扩增，压缩分化的细胞带。

在HGIN期，增生和侵袭性上皮细胞迁移出它们的原生区域，占据上皮landscope，取代基底细胞，并收缩分化的细胞域。从增殖细胞中出现侵袭性细胞是一个显著的事件。这些细胞表现出上皮-间充质转化（EMT，例如MMP 2、MMP 11和CXCL 12）、致癌转录因子（TF，例如SOX 2、TP 63和TP 73）、血管生成（例如SPP 1、VEGFA和VEGFC）和去分化中的基因的显著升高的表达。

侵袭性细胞可能在破坏上皮-基质界面中起作用。

在食管鳞癌阶段，发现基底-间质界面完全破坏，浸润细胞亚群的比例从HGIN的18.5%显著增加到79.3%。浸润细胞位于肿瘤边缘周围，并完全侵入间质区。

结果表明，获得性侵袭和去分化可能驱使转化的上皮细胞从LGIN的局部扩增到HGIN和ESCC阶段的基质区域的侵袭。

结果3、上皮侵袭和去分化是食管鳞癌进展的指标

通过使用TF-seqFISH检测，我们发现4个上皮细胞亚群的空间分布和表达模式的改变是一致的。

然后，根据上皮细胞亚群的进化模式，开发了独立的上皮细胞侵袭性和去分化评分。

食管上皮从分化状态向更去分化和侵袭状态的转变是ESCC进展的关键指标。

结果4、来自HGIN期的侵袭性上皮细胞和临近CAF的CAF-Epi niche形成

NF（normal fibroblasts）密度在LGIN、HGIN和ESCC中保持稳定，广泛分布于肌肉层中，在NOR（0.12）和LGIN（0.15）中CAF密度较低，但在HGIN（0.65）中激增，并在ESCC中占主导地位。这表明ESCC阶段扩张的浸润性上皮细胞可能在NF向CAFs转化中发挥更远和更广泛的作用。然后，在单细胞分辨率下研究了上皮细胞和成纤维细胞之间的空间细胞-细胞相互作用。

比较了在离上皮细胞每10 mm的距离处总成纤维细胞中CAF的比例，并揭示了当离上皮细胞的距离从91-100 mm缩小到1-10 mm时，CAF的比例显著增加。

使用scRNA-seq数据的细胞间通讯分析揭示了从侵袭性上皮细胞到CAF的相互作用比从分化细胞到CAF的相互作用显著更强。

这些结果表明，在HGIN出现的侵袭性上皮细胞已经可以将NF激活为CAFs。

对食管鳞癌发生发展过程中的细胞群体进行了细胞邻域分析，结果显示了一个由CAFs和侵袭性上皮细胞组成的独特的细胞区室，称之为CAF-Epi niche，CAF-Epi niche的形成可能是SCC进展的关键特征。

结果5、侵袭性上皮细胞通过JAG1-NOTCH1信号传导驱动CAF-Epi niche形成。

侵袭性上皮细胞和CAF的空间共定位在促进和维持CAF-Epi niche的形成中起着关键作用，早在HGIN就开始了。

CAF-Epi niche的形成驱动ESCC进展，并且JAG1-NOTCH1信号抑制可以防止其发展（数据分析 + 类器官验证 + 小鼠实验）。

结果6、CAF-Epi niche在肿瘤区域形成免疫隔离微环境

在肿瘤边缘处的CAF-Epi niche周围形成了致密的纤维化ECM

此外，分析鉴定了类似的CAF-Epi niche，并且其在HNSC中诱导ECM重塑，表明该生态位通过跨多个SCC的ECM重塑促进免疫隔离微环境的建立。

结果7、ESCC和其他SCC中上皮和微环境重塑评分的临床潜力

系统评估了CAF-Epi生态位形成在ESCC发展中的临床相关性。

最后来看看分析方法

细胞注释

空间细胞距离分析

邻域分析与细胞通讯

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