甲状腺癌进展过程中空间分辨转录组景观：揭示肿瘤微环境奥秘与诊疗新方向

《Cell Reports Medicine》：A spatially resolved transcriptome landscape during thyroid cancer progression

本文通过空间转录组学（ST）和单细胞 RNA 测序（scRNA-seq）技术，解析甲状腺癌（TC）进展中肿瘤微环境（TME）的空间动态变化。研究发现不同阶段甲状腺癌细胞亚群特征、肿瘤前沿的变化及关键细胞间相互作用，为 TC 的诊断和治疗提供重要依据。

　　### 甲状腺癌研究背景
甲状腺癌是内分泌疾病中最常见的恶性肿瘤，全球发病率呈上升趋势。其中，乳头状甲状腺癌（PTC）预后相对较好，但部分患者会进展为局部晚期 PTC（LPTC），侵犯周围组织，手术干预困难。间变性甲状腺癌（ATC）是最具侵袭性的亚型，平均生存期短，缺乏有效的非手术治疗方法。肿瘤微环境（TME）在甲状腺癌进展中起关键作用，它是一个复杂的生态系统，包含肿瘤细胞、免疫细胞、基质细胞等多种细胞类型，其空间结构影响 TME 重塑和肿瘤生物学过程。单细胞 RNA 测序（scRNA-seq）虽能揭示 TME 内的细胞相互作用和功能异质性，但缺乏空间分辨率；空间转录组学（ST）可系统可视化组织空间的基因表达模式，二者结合有助于深入了解甲状腺癌的 TME。

研究方法

1. 样本采集：从 13 名甲状腺癌患者获取样本，包括 4 个癌旁组织（PT）、5 个 PTC、4 个 LPTC 和 4 个 ATC 样本，用于空间转录组学分析；部分 PT、PTC 和 LPTC 样本用于 scRNA-seq 分析。样本采集获得患者知情同意，并经病理学家确认病理。
2. 实验技术：空间转录组学样本经处理后进行切片、固定、染色等操作，构建文库并测序；scRNA-seq 样本制备单细胞悬液，构建文库测序。整合分析时，将 ST 和 scRNA-seq 数据结合，通过特定算法确定空间斑点内的细胞类型比例。此外，还进行了差异表达基因分析、基因集富集分析、计算甲状腺分化评分（TDS）等指标、推断细胞轨迹、确定肿瘤前沿及分析细胞间相互作用等。

研究结果

1. 甲状腺癌的空间细胞景观：对 17 个样本进行 ST 分析，发现不同样本组有独特的基因表达模式。PT 样本高表达 TFF3、TG 等基因；PTC 样本 SLC34A2 等基因表达高；LPTC 样本 CXCL14 等基因富集；ATC 样本 SAA1 等基因表达增加。且从 PT 到 PTC、LPTC 再到 ATC，癌症相关通路活性逐渐增强，表明肿瘤的侵袭性和增殖性逐渐增加。
2. 甲状腺癌微环境结构：聚类分析将空间斑点分为 8 个 ST 簇，不同簇在各样本组中的分布不同，暗示 LPTC 是 PTC 和 ATC 的中间阶段。整合 scRNA-seq 数据确定各簇细胞类型，发现多数簇富含甲状腺细胞，不同样本组细胞类型比例不同，ATC 阶段免疫浸润最高。
3. thyrocyte 异质性：thyrocyte 分为 16 个亚群，不同亚群在各癌症阶段分布不同。部分亚群在 PT 样本中占主导，可能代表正常 thyrocyte；部分亚群在 PTC、LPTC 和 ATC 中分布较多，与癌症相关。TDS、BRAF 和 RAS 评分分析显示，不同亚群的分化状态和信号通路活性不同，与肿瘤发展相关。
4. thyrocyte 群体的进化轨迹：推断 thyrocyte 的进化轨迹，确定了 3 个 thyrocyte 元簇。元簇 1 代表正常或癌前 thyrocyte，高表达 TG 和 IYD；元簇 2 为晚期癌性 thyrocyte，表达 HLA 基因；元簇 3 是癌性 thyrocyte，高表达 APOE 和 APOC1。各元簇周围的微环境细胞组成不同，反映了甲状腺癌进展过程中微环境的变化。
5. 肿瘤前沿区域的特征：肿瘤前沿区域细胞组成在不同癌症类型中有差异，PTC 和 LPTC 中 thyrocyte 占主导，ATC 中 thyrocyte 和成纤维细胞比例相近，且 ATC 前沿成纤维细胞比例更高。不同癌症类型前沿区域的 thyrocyte、成纤维细胞和巨噬细胞亚群分布不同，基因表达变化也不同，LPTC 前沿区域基因表达变化最多。
6. 细胞间相互作用：确定了不同癌症阶段的配体 - 受体对，如 PTC 中的 COL8A1 - ITHB1、LPTC 中的 LAMB2 - ITGB4 和 ATC 中的 SERPINE1 - PLAUR。SERPINE1 在成纤维细胞中高表达，PLAUR 在髓样细胞中高表达，二者的相互作用在 ATC 中增强，且与患者生存时间相关，表明其在 ATC 进展中的重要作用。

讨论

1. 性别差异与治疗策略：甲状腺癌存在性别差异，研究发现性别偏倚的基因表达模式，提示不同性别在肿瘤进展、微环境相互作用和治疗反应上可能存在差异，未来需探索性别特异性治疗策略。
2. 肿瘤前沿的作用：肿瘤前沿在肿瘤侵袭和转移中起关键作用，本研究揭示了其在甲状腺癌不同阶段的差异，成纤维细胞在其中可能促进肿瘤进展，深入研究前沿基质功能有助于开发阻止肿瘤进展的策略。
3. 细胞间相互作用与治疗靶点：基于空间共表达构建的细胞间相互作用网络，发现 ATC 中 SERPINE1 - PLAUR 相互作用增强，该轴可能是 ATC 进展的关键，进一步研究其机制有望开发针对性治疗方法，改善患者预后。
4. 研究局限性：本研究存在一定局限性，如 ATC 样本未纳入 scRNA-seq 分析，样本量有限，ST 技术分辨率和推断细胞组成的方法存在一定不足，未考虑蛋白质水平相互作用等。未来研究可整合更多技术，提高研究准确性和全面性。