4月17日,中國科學(xué)院上海營養(yǎng)與健康研究所李虹研究團隊在國際學(xué)術(shù)期刊Cell Reports Medicine在線發(fā)表了題為“Pan-cancer analysis of spatial transcriptomics reveals heterogeneous tumor spatial microenvironment”的研究論文。該研究定義了泛癌中保守且核心的空間生態(tài)位,系統(tǒng)解析了泛癌空間微環(huán)境的復(fù)雜性、不同癌種的共性規(guī)律與獨特模式,并闡明了生態(tài)位相關(guān)的分子特征,及其與患者預(yù)后和免疫治療響應(yīng)的關(guān)聯(lián)。
腫瘤是由腫瘤細胞、基質(zhì)細胞及免疫細胞共同構(gòu)成的復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng),其相互作用構(gòu)建的腫瘤微環(huán)境在腫瘤發(fā)生、進展、侵襲與轉(zhuǎn)移中均具有關(guān)鍵作用。李虹研究組多年來在腫瘤微環(huán)境解析方向持續(xù)深耕,全面闡述了不同尺度空間特征的計算方法(NPJ Precis Oncol?2025, 9(1):68),開發(fā)了對微環(huán)境空間結(jié)構(gòu)進行綜合分析的工具包(Genome Biol?2025,26(1):80)。結(jié)合單細胞空間圖譜計算解析與實驗驗證,闡明了肝癌成纖維細胞的表達異質(zhì)性、功能多樣性、空間分布和細胞間通訊(Genome Med 2024, 16(1):98);刻畫了膽囊癌發(fā)生多階段的細胞命運重塑特征并發(fā)現(xiàn)了PRDX1+巨噬細胞顯著抑制膽囊癌惡性表型(Int J Surg 2026,doi:10.1097/JS9.0000000000004916);鑒定出胰腺癌肝轉(zhuǎn)移高度相關(guān)的惡性細胞亞群并證實了靶向其特征基因H2AFZ可顯著抑制肝轉(zhuǎn)移形成(Clin Cancer Res?2026,doi: 10.1158/1078-0432)。然而,當前空間組學(xué)研究普遍存在樣本規(guī)模有限的問題,且多集中于單一癌種或特定細胞類型。隨著空間組學(xué)數(shù)據(jù)的不斷積累,系統(tǒng)解析跨癌種腫瘤空間微環(huán)境特征已成為亟待解決的重要問題。
受癌種、數(shù)據(jù)集及樣本間異質(zhì)性影響,泛癌空間轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)的整合分析在計算層面具有較高挑戰(zhàn)性。該研究針對泛癌異質(zhì)性和分析目標設(shè)計并優(yōu)化了空間轉(zhuǎn)錄組整合分析策略,從空間生態(tài)位、細胞互作、分子特征及臨床意義多個層面,系統(tǒng)解析了泛癌腫瘤空間微環(huán)境的共性規(guī)律(圖1)。通過對12種癌種的373例樣本開展泛癌空間轉(zhuǎn)錄組分析,在不同的空間尺度上定義了56個局部細胞組成(Local cellular programs)和13個空間生態(tài)位(Niche),這些生態(tài)位是泛癌中保守且基礎(chǔ)的空間結(jié)構(gòu)單元。單個樣本內(nèi)普遍存在多個生態(tài)位,反映了腫瘤內(nèi)部空間微環(huán)境的多樣性;基于生態(tài)位組成的樣本聚類分析進一步揭示了腫瘤間異質(zhì)性,各聚類均包含多種癌種,但部分腫瘤類型對特定聚類呈現(xiàn)出明顯的偏好。
為進一步探究這些生態(tài)位的內(nèi)在機制,研究人員對生態(tài)位相關(guān)的配體-受體(LR)相互作用及細胞類型特異性基因表達進行了分析,發(fā)現(xiàn)了不同生態(tài)位間共有的或特有的LR相互作用,且部分LR表達與患者預(yù)后顯著相關(guān),提示LR介導(dǎo)的細胞互作與生態(tài)位形成及其功能密切相關(guān)。細胞類型特異性差異表達分析顯示,特定細胞類型的基因表達在不同生態(tài)位間存在顯著差異,反映了細胞轉(zhuǎn)錄譜與其局部微環(huán)境的密切關(guān)聯(lián)。
聯(lián)合分析11種癌種5162例患者、8個免疫治療隊列776例患者的bulk轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù),發(fā)現(xiàn)多個生態(tài)位與患者預(yù)后及免疫治療響應(yīng)顯著相關(guān)。Niche_13生態(tài)位為免疫熱型,富含抗腫瘤免疫細胞,對免疫治療敏感;Niche_4為腫瘤-巨噬細胞共定位的免疫抑制型微環(huán)境,與不良預(yù)后及免疫治療耐藥相關(guān);而與其它免疫細胞共定位的巨噬細胞(Niche_11)則預(yù)示著更好的生存獲益與免疫治療響應(yīng)。巨噬細胞的空間分布模式及其雙重作用,是預(yù)測患者預(yù)后及免疫治療響應(yīng)的潛在生物標志物,未來具有臨床轉(zhuǎn)化潛力。
綜上,該研究綜合使用了空間轉(zhuǎn)錄組、單細胞轉(zhuǎn)錄組、bulk轉(zhuǎn)錄組和多通道蛋白成像數(shù)據(jù)對腫瘤空間微環(huán)境進行系統(tǒng)解析,為理解復(fù)雜腫瘤生態(tài)系統(tǒng)中的細胞間空間關(guān)系與相互作用機制提供了更深刻的見解。
中國科學(xué)院上海營養(yǎng)與健康研究所李虹研究員為該論文通訊作者,博士研究生李家榮為該論文第一作者。該工作得到國家衛(wèi)健委四大慢病重大項目、國家自然科學(xué)基金項目、上海市級科技重大專項等項目的資助。研究使用的所有組學(xué)數(shù)據(jù)均來自公開發(fā)表的數(shù)據(jù)集。
原文鏈接:https://doi.org/10.1016/j.xcrm.2026.102751

圖:泛癌空間微環(huán)境解析策略與結(jié)果概覽圖
推送單元:李虹研究組、科技規(guī)劃與任務(wù)處