前列腺癌细胞在转移播散中向炎症样状态趋同

《Nature Communications》：Prostate cancer cells converge to an inflammatory-like state upon metastatic dissemination

本研究针对肿瘤异质性驱动癌症进展的机制难题，通过对高危前列腺癌患者原发灶和区域淋巴结转移灶的30万细胞进行单细胞多组学测序，揭示了转移过程中恶性细胞在维持克隆架构的同时，向非经典炎症样状态转化的表型趋同现象，为理解转移瓶颈提供了关键框架。

　　

前列腺癌作为男性高发恶性肿瘤，其临床结局呈现出显著异质性：低危患者5年生存率可达90%-99%，而高危人群进展风险高达48%-80%。这种差异背后的驱动机制始终是肿瘤研究的核心难题。传统观点认为，肿瘤异质性主要源于基因突变积累导致的克隆进化，但越来越多证据表明，非遗传因素如表观遗传重编程和转录变异在肿瘤适应转移微环境及治疗耐药中同样发挥关键作用。尤其对于前列腺癌这种具有高度空间异质性的肿瘤，单点活检难以捕捉其全貌，而转移过程中的表型演化规律更是迷雾重重。

为系统解析前列腺癌异质性维度，由Tina Keshavarzian和Kira Furlano共同领衔的国际团队在《Nature Communications》发表了突破性研究。团队整合了国际癌症基因组联盟（ICGC）队列中5例高危前列腺癌患者的38份样本（27个原发灶活检组织和11个匹配区域淋巴结转移灶），通过10x Genomics单细胞多组学测序技术（scMultiome-ATAC+RNA），对28万余个细胞核同步进行染色质可及性（ATAC-seq）和基因表达（RNA-seq）分析，构建了迄今为止最全面的前列腺癌空间异质性图谱。

关键技术方法包括：1）多区域采样策略（每个患者前列腺腺体采集3-8个肿瘤位点，淋巴结采集中位数3个）；2）单细胞多组学测序（scMultiome）获得匹配的染色质开放状态和转录组数据；3）加权最近邻算法（WNN）整合多模态数据识别细胞群体；4）NUMBAT算法基于单细胞RNA-seq推断拷贝数变异（CNV）；5）ChromVar计算转录因子 motif 富集度；6）SCENIC+构建增强子-基因调控网络。

结果

患者间异质性局限于恶性上皮细胞而非肿瘤微环境正常细胞

通过WNN聚类鉴定出30个恶性上皮群体（占细胞总数86.4%）及成纤维细胞、巨噬细胞等肿瘤微环境（TME）群体。香农熵分析显示，恶性群体具有患者特异性（中位数H_p=0），而TME群体（如成纤维细胞H_p=2.15）呈现高度患者间混合，表明恶性细胞的表型差异受患者特异性进化路径驱动，而TME细胞在不同患者间保持相对保守。

恶性细胞群体展现位点内异质性但在腺体内表型相似

尽管单个肿瘤位点内存在多个恶性群体（每个位点中位数3个），这些群体具有低度位点间混合（标准化H_I=0.06）。非启动子区域染色质可及性比启动子区域或基因表达展现出更广泛的群体间相关性差异（中位数范围：0.96 vs 0.44/0.13），提示染色质开放状态是瘤内异质性的主要来源。主成分分析发现FOS/JUN、核受体、叉头转录因子等家族是恶性群体变异的主要贡献者。

位点特异性恶性上皮群体具有相似克隆架构

CNV推断显示每位患者中位数存在6个克隆，部分患者（如ICGC_PCAL10）存在位点限制性独特克隆（克隆3中98.3%细胞来自Tu5位点）。然而，表型各异的恶性群体间具有高度相似的克隆组成（中位数Jensen-Shannon divergence=0.07），证实表型异质性与遗传克隆架构解耦，主要源于非遗传变异。

转移至区域淋巴结的恶性细胞经历炎症样状态转变但保持基因型相似

淋巴结转移灶与匹配原发灶具有相似克隆架构，但恶性群体表现出组织特异性（中位数H_t=0）。差异表达分析揭示淋巴结恶性细胞上调免疫相关通路：同种异体移植排斥（NES=2.86）、炎症反应（NES=2.05）、IL6/JAK-STAT3信号（NES=2.02）和上皮-间质转化（NES=2.27）；而原发灶富集细胞周期（E2F靶标）和激素反应通路。染色质可及性差异区域富集免疫相关TF motif（ETS/IRF/RUNX），原发灶则富集AR/FOXA1等前列腺经典因子motif。外部单细胞数据验证显示，淋巴结特征基因在治疗过程中持续激活，提示炎症样状态可能赋予跨微环境适应优势。

讨论与结论

本研究通过高分辨率空间多组学刻画了前列腺癌从原发到早期转移的细胞状态演化轨迹。主要发现包括：1）恶性细胞表型异质性具有患者特异性，而TME相对保守；2）瘤内表型多样性主要源于染色质调控变异而非克隆遗传差异；3）淋巴结转移存在"表型瓶颈"，迫使恶性细胞收敛于炎症样状态。这种状态转换涉及免疫通路激活和淋巴细胞基因表达模仿（TME拟态），可能帮助癌细胞在淋巴微环境中定植。研究为理解肿瘤细胞可塑性在转移中的作用提供了新范式，提示靶向炎症样状态转换可能抑制早期播散。未来需结合空间转录组学等技术进一步解析细胞互作机制，并将发现拓展至骨转移等远端转移场景。