摘要：宫颈癌是一种常见且致命的恶性肿瘤，晚期宫颈鳞状细胞癌（CSCC）患者治疗效果不佳。本研究利用空间转录组学（ST）、单细胞 RNA 测序（scRNA-seq）和癌症基因组图谱（TCGA）数据库，分析 CSCC 组织的空间代谢特征，包括代谢分布、代谢变化以及代谢与
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宫颈癌是一种常见且致命的恶性肿瘤，晚期宫颈鳞状细胞癌（CSCC）患者治疗效果不佳。本研究利用空间转录组学（ST）、单细胞 RNA 测序（scRNA-seq）和癌症基因组图谱（TCGA）数据库，分析 CSCC 组织的空间代谢特征，包括代谢分布、代谢变化以及代谢与肿瘤分化程度的关系，发现 APP 和 TRPS1 等潜在促癌因子，为 CSCC 治疗策略的开发提供了重要基础
图 1 结果：作者通过 Stereo-seq ST 测序分析 CSCC 组织和正常组织，并整合已发表的 scRNA-seq 数据。经质量控制，共获得 15,318 个细胞和 29,663 个基因，鉴定出 11 种主要细胞类型。利用 cell2location 将 scRNA-seq 与 ST 整合，发现正常组织主要含成纤维细胞、平滑肌细胞等；肿瘤前沿（LE）区域成纤维细胞比例最高，免疫细胞尤其是巨噬细胞比例高于正常组织和肿瘤核心（TC）区域，且主要位于肿瘤远端；TC 区域主要由癌细胞组成，有少量内皮细胞和成纤维细胞。这些结果揭示了 CSCC 组织中不同细胞类型的空间分布，增进了对宫颈癌肿瘤微环境的理解（图 1A - F）。
图 2 结果：作者对 LE 和 TC 区域进行差异基因分析，发现多个免疫相关基因表达存在差异，如与巨噬细胞功能相关的 NRP1、NRP2、MSR1 和 SPP1 等基因在 LE 区域显著上调。空间转录组学数据显示，正常组织和 TC 区域免疫细胞比例低于 LE 区域，LE 区域癌细胞较少的区域有巨噬细胞聚集。LE 区域巨噬细胞表达 SPP1 的水平显著高于 TC 和正常组织，免疫组化实验进一步证实这一点。此外，作者还发现 TC 区域免疫检查点基因 PD-L1 和 IDO1 的表达显著高于 LE 和正常组织，免疫组化染色也验证了这一结果。同时，多种代谢基因在 LE 和 TC 区域表达差异显著，基因集富集分析（GSEA）显示 LE 区域癌细胞的氧化磷酸化被激活。这些结果表明不同肿瘤区域的免疫特征和代谢存在差异（图 2A - J）。
图 3 结果：作者聚焦于六种代谢途径，计算癌细胞中这些途径的代谢分数并映射到组织空间位置，发现 LE 区域癌细胞有一定代谢活性且分布相对均匀，而 TC 区域不同区域代谢水平存在差异。为更好理解肿瘤内代谢异质性，作者将 LE 和 TC 区域划分，根据代谢分数分为高代谢、低代谢和中间代谢区域，发现 LE 区域均为高代谢区域，TC 区域则有高代谢和低代谢区域混合。通过比较 LE 和 TC 区域癌细胞的染色体拷贝数变异（CNV），发现高代谢区域 CNV 模式相似，且高代谢区域癌细胞和周围细胞中多种代谢相关基因表达上调。这些结果揭示了肿瘤代谢的复杂性和动态性，以及代谢与 CNV 的潜在关联（图 3A - E）。
图 4 结果：作者分析不同代谢活性区域的转录调控网络，发现转录因子 TRPS1 在 TC 区域高表达，在高代谢区域癌细胞中表达更高，其靶基因主要富集在细胞 - 细胞连接、细胞黏附分子结合和细胞形态发生等途径，提示高代谢区域癌细胞增殖和分化潜力增加。转录因子 ZEB1 在 LE 区域表达明显高于 TC 区域，其靶基因在 GMP 代谢过程中高度富集。RNA Velocity 分析表明癌细胞存在从高代谢区域向低代谢区域分化的轨迹，癌症干细胞相关基因 CD44 在高代谢区域高表达，在低代谢区域表达降低。这些结果揭示了代谢与细胞分化之间的密切关系，以及不同代谢区域的转录调控差异（图 4A - E）。
图 5 结果：作者发现癌细胞在高代谢区域被成纤维细胞和内皮细胞包围，高代谢区域中内皮细胞和成纤维细胞比例高于低代谢区域，提示癌细胞的高代谢状态可能受周围细胞调节。通过评估癌细胞与其他细胞的受体 - 配体相互作用，发现癌细胞与成纤维细胞存在 SEMA3C - NRP2 等相互作用对，与 DC 细胞、内皮细胞和巨噬细胞的通信主要依赖 APP - CD74 信号通路。不同代谢区域的巨噬细胞、DC 细胞和内皮细胞基因表达模式存在差异，高代谢区域内皮细胞 ZEB1 表达增加。此外，作者还发现肿瘤微环境中 APP 的表达与多种代谢基因和肿瘤代谢分数正相关，APP 与 TRPS1 在高代谢区域表达显著正相关。免疫荧光染色显示 CD74 蛋白聚集在癌细胞周围，APP 与 TRPS1 共定位。这些结果表明 APP 可能在调节癌细胞代谢活性中起关键作用，其机制可能涉及代谢相关基因和 TRPS1（图 5A - H）。
图 6 结果：作者通过分析 TCGA 数据库中 233 例 CSCC 患者的转录组表达谱，发现 APP 与 TRPS1 以及多种代谢相关基因表达呈正相关。在 HeLa 细胞系中分别敲低 APP 和 TRPS1，发现敲低 APP 导致 TRPS1 表达下降，而敲低 TRPS1 对 APP 表达无显著影响，提示 APP 可能部分通过调节 TRPS1 发挥功能。敲低 APP 或 TRPS1 后，相关代谢基因表达下降，CCK8 实验和 Transwell 实验表明敲低二者均可显著抑制 HeLa 细胞增殖、迁移和侵袭。生存分析显示，APP 和 TRPS1 高表达均与 CSCC 患者生存率降低相关。这些结果证实了 APP 和 TRPS1 在调节宫颈癌细胞生长中的重要作用，为 CSCC 治疗提供了潜在靶点（图 6A - I）。
本文通过空间转录组学、单细胞 RNA 测序及 TCGA 数据库，深入研究宫颈鳞状细胞癌（CSCC）组织的空间代谢特征。研究发现不同肿瘤区域免疫细胞分布和代谢活性存在差异，如 LE 区域巨噬细胞聚集且代谢活性高，TC 区域免疫抑制环境明显。同时，鉴定出 APP 和 TRPS1 等关键调控因子，它们与肿瘤代谢、细胞增殖、迁移和侵袭密切相关，高表达与患者不良预后相关。尽管研究存在样本量小等局限性，但为 CSCC 的治疗和个性化治疗提供了新的理论基础和潜在靶点，强调了认识肿瘤代谢异质性对癌症治疗的重要意义。
来源：小脑学科学
