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空间转录组文献总结(四):III期皮肤恶性黑色素瘤的遗传异质性

版权所有,转载请联系基因市场部
2020-06-03

研究背景

同一患者肿瘤内和肿瘤间的分子异质性在大多数癌症中都已被认识到,在皮肤恶性黑色素瘤中尤其普遍。黑色素瘤是一种高度免疫原性的癌症,在局部和转移性疾病中都能诱导与免疫细胞浸润相关的免疫反应。在临床上,肿瘤微环境(TME)的遗传多样性可能是解释黑色素瘤的肿瘤进展、治疗反应、治疗耐药的出现和结果差异的重要因素。被诊断为III期黑色素瘤的患者清楚地表明了该病的异质性,该黑色素瘤患者的特点是复发风险高,5年相对生存率在40%至70%之间。先前的研究表明,化疗方法和利用免疫检查点抑制剂的疗法都未有很好的效果。因此,需要进一步的研究来阐明黑色素瘤发病的分子机制,提高诊断水平,识别预后和治疗预测的生物标志物。

研究思路

为了优化和应用空间转录技术来原位和定量检测III期黑色素瘤淋巴结转移中的基因表达。作者分析了新鲜冰冻肿瘤切片中2,200个组织结构域的转录本(4名诊断为III期黑色素瘤的淋巴转移瘤)。通过保留组织结构域的位置信息,将转录数据叠加到组织图像上,并在整个肿瘤中可视化基因表达。

研究结果

取4名诊断为III期黑色素瘤的淋巴转移瘤病人样本,每个样本做了两张切片,共计八张切片完成ST实验。然后通过合并每张切片内所有组织区域的基因表达数据,做了PCA分析,发现四个转移瘤在PCA图上被清楚地分开,而同一肿瘤的每一对组织切片的方差都很小(见下图A)。为了进一步研究合并后的数据集,对前50个差异基因做了层次聚类(见下图B)。


t-SNE和因子分析可视化2200个组织区域的基因表达

对2200个组织区域的基因表达数据用因子分析方法,分析显示四种不同转移瘤之间广泛的异质性,这证实了上述初始PCA和层次聚类分析。接着进一步分析肿瘤切片,探索与黑色素瘤、间质和淋巴组织的人工注释区域与基因表达谱的关系。所有这些区域,特别是那些与黑色素瘤相关的区域,在活检组织结果中都显示出高度不同的基因表达。例如,1号样本t-SNE结果显示黑色素瘤、间质和淋巴组织区域之间有明显的轮廓,肿瘤区域由单一颜色表示。相反,2号样本肿瘤细胞的特征是黑色素瘤区域内广泛的异质性,这表明存在几种不同的表达谱(如下图A和B)


可视化肿瘤微环境的基因表达

根据人工注释,1号样本的淋巴组织区域既靠近肿瘤区域,又远离肿瘤区域,因此,被选择用于进一步研究关于肿瘤微环境如何影响基因表达的。从它的所有组织域(284个点)获得的基因表达数据进行PCA,结果显示,有四个簇强烈反映了病理学家注释的组织学区域(见下图A和B)。黑色素瘤区域内的组织区域共享共同的基因表达谱,不同于在远处淋巴区域占主导地位的表达谱。还发现与远离肿瘤的淋巴区域相比,与接近黑色素瘤区域的淋巴区域相对应的组织域被分组在单独的PCA群集中(见下图C)。这清楚地证明了多个基因在淋巴组织内的表达可能受肿瘤细胞距离影响。


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