《自然·遗传学》：分析超22万个细胞核，发现用新辅助攻克“癌王”的关键点

作为“癌中之王”的胰腺导管腺癌5年生存率小于10%。手术是当前唯一有希望治愈胰腺癌的手段。即使是接受了手术治疗的早期、交界性（BRPC）或局部进展期胰腺癌患者，5年生存率也仅有15%～20%。

胰腺导管腺癌的高死亡率表明患者预后较差且缺乏有效的系统治疗手段，目前尚缺乏指导胰腺癌患者预后和治疗的分子分型研究。

近日，由美国麻省理工学院Aviv Regev，Tyler Jacks领衔的研究团队，在Nature Genetics发表重要研究成果[1]。他们对来自43个接受新辅助治疗和未经治疗的胰腺导管腺癌患者的新鲜和冰冻样本，进行了单细胞RNA测序、单细胞核RNA测序和空间转录组测序，发现对新辅助治疗产生应答的患者肿瘤中，上皮细胞和成纤维细胞中神经样祖细胞恶性细胞程序即NRP（Neural-like progenitor）异常改变，而无应答的患者则没有出现这样的现象。

同时，他们整合空间和转录组测序，基于上皮细胞、成纤维细胞和免疫细胞的亚型特征，可将接受新辅助治疗的胰腺导管腺癌患者分为：经典型、鳞状细胞-基底细胞样型和治疗富集型共三型，为胰腺导管腺癌患者的新辅助治疗分子分型提供了新的精准指导。

论文截图

在胰腺导管腺癌的临床实践中，现行的组织学风险分层未能为不同分期患者找到正确的治疗方法。胰腺癌分子分型可以帮助我们理解肿瘤间和肿瘤内异质性，最终实现精准治疗。近年来单细胞水平的测序技术发展迅猛，探索更全面的胰腺癌患者分子分型并构建预后和治疗模型，可为胰腺癌患者带来临床获益。

近10年来，基因测序技术（特别是新一代测序技术）揭示了胰腺导管腺癌分子水平的异质性，在一定程度上解释了不同个体间胰腺癌临床疗效差异显著的原因。作者总结大量对胰腺导管腺癌组织进行RNA测序分析的研究[2-5]，比较明确地分出两种亚型：①经典/上皮型，微环境中含有一系列胰腺谱系前体；②基底样/鳞状/准间充质型，表现出内胚层特性的丧失和染色质修饰物的遗传畸变。基底样型胰腺癌病人行新辅助治疗获益显著，且间质活化程度可显著影响病人对治疗的反应程度。

胰腺导管腺癌的疾病进展风险很高，新辅助治疗有可能解决大多数局限性胰腺癌患者在确诊时就存在的微转移病灶。许多前瞻性、非随机的II期试验试图比较胰腺癌的不同类型的新辅助治疗，如SWOG1505、PREOPANC、ESPAC-5F研究[6]等，其中大部分研究都包括某种类型的同步放化疗和分次放疗。但如何准确有效地评估新辅助治疗疗效尚不明确。

基于这样的背景，Aviv Regev、Tyler Jacks团队对43个接受新辅助治疗或未经治疗的原发胰腺导管腺癌患者样本（其中18个未经治疗，25个接受治疗，14个接受放化疗联合治疗）进行单细胞核RNA测序和全转录组数字空间分析。使用约束非负矩阵分解（cNMF）和多重离子束成像技术分析上述数据后，基于细胞亚型和空间群落特性绘制了新辅助胰腺导管腺癌患者的转录组图谱。

进一步对胰腺癌导管上皮细胞亚型和拟时序进行分析，发现部分恶性细胞处于腺泡-导管化生（ADM）和非典型导管的过程中，此结果和转基因小鼠体内的癌变起始阶段一致；拟时序分析观察到Kras相关基因存在动态变化。

这与之前的研究一致——提示胰腺癌导管上皮细胞的恶变历程可能经过ADM和非典型导管的中间状态，并伴随KRAS相关信号的持续增加[7-9]。

研究团队发现恶性上皮细胞和成纤维细胞存在重复表达程序，主要是神经样祖细胞恶性细胞程序（NRP），该过程与胰腺导管腺癌瘤内神经浸润密切相关。

此外，研究团队共确认了14种上皮细胞和4种成纤维细胞的细胞状态并进行分子分型。

新辅助治疗疗效与上述上皮细胞和成纤维细胞的分子分型密切相关。体外培养患者肿瘤组织来源的类器官组织，并使用不同新辅助治疗方案的处理后发现，NRP程序的表达水平异常改变。配对分析队列临床信息与高通量测序结果提示，NRP程序与患者不良预后相关。

同时通过对肿瘤富集区、基质区域、免疫细胞富集区域的分群，并运用全转录组数字空间分析了样本里基于肿瘤微环境的各种免疫相关蛋白标记物的数量和空间分布的变化。

研究团队基于上皮细胞、成纤维细胞和免疫细胞的亚型特征和微环境中其他转录水平的差异，将新辅助胰腺导管腺癌患者分为：经典型、鳞状细胞-基底细胞样型和治疗富集型共三型。  

具体而言，经典型患者免疫微环境中主要是上皮细胞恶性进程、肌纤维母细胞祖细胞、粘附性成纤维细胞进程发生改变，巨噬细胞、中性粒细胞和2型树突状细胞 （cDC2s）的比例也较其他亚型存在差异。治疗富集型患者肿瘤微环境中NRP程序与神经内分泌样恶性进程、嗜神经性成纤维细胞进程和CD8+T细胞相关。鳞状细胞-基底细胞样型患者肿瘤组织中多是鳞状细胞和基底细胞相关恶性进程发生改变；微环境中的淋巴细胞和骨髓细胞亚型多样，且上皮细胞和免疫细胞比例较高而成纤维细胞比例较低。

虽然FOLFIRINOX、吉西他滨联合Alb结合型紫杉醇等化疗方案使胰腺癌的综合治疗效果获得突破，但由于胰腺癌自身的异质性，病人获益仍然有限。因此，如何实现胰腺癌的精准诊断与治疗，是目前临床和基础研究共同的热点与难点问题。

目前临床上常用CA19-9及增强CT等监测新辅助疗效，但存在一定的局限性。PET和MRI等影像学指标的深入研究、营养指标的应用为新辅助治疗疗效评估提供了新的视角。因此，利用分子分型准确评价胰腺癌新辅助治疗的疗效，从而优化胰腺癌综合诊疗策略十分必要。

总的来讲，这项研究利用了胰腺导管腺癌患者肿瘤组织样本进行单细胞、单细胞核核空间转录组分析，结合患者对新辅助治疗响应程度，探究了新辅助治疗的细胞基础和分子机制。表明在胰腺导管腺癌中，新辅助治疗的效果与上皮细胞和成纤维细胞亚型有关。结合多组学数据，研究团队对胰腺导管腺癌新辅助治疗患者提出了精准的分子分型，这对于设计新的新辅助治疗方案具有重要参考价值。

参考资料：

1.Hwang William L,Jagadeesh Karthik A,Guo Jimmy A et al. Single-nucleus and spatial transcriptome profiling of pancreatic cancer identifies multicellular dynamics associated with neoadjuvant treatment.[J] .Nat Genet, 2022, 54: 1178-1191.

2.Collisson Eric A,Sadanandam Anguraj,Olson Peter et al. Subtypes of pancreatic ductal adenocarcinoma and their differing responses to therapy.[J] .Nat Med, 2011, 17: 500-3.

3.Moffitt Richard A,Marayati Raoud,Flate Elizabeth L et al. Virtual microdissection identifies distinct tumor- and stroma-specific subtypes of pancreatic ductal adenocarcinoma.[J] .Nat Genet, 2015, 47: 1168-78.

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6.Lo Winifred,Zureikat Amer,Neoadjuvant therapy in pancreatic cancer: a review and update on recent trials.[J] .Curr Opin Gastroenterol, 2022, 38: 521-531.

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9.Liberzon Arthur,Birger Chet,Thorvaldsdóttir Helga et al. The Molecular Signatures Database (MSigDB) hallmark gene set collection.[J] .Cell Syst, 2015, 1: 417-425.