芯空一号快讯 | 空间转录组助力描绘多基因组合塑造的肿瘤演化全景

47 人阅读发布时间：2025-10-21 15:11

题目：Integrated in vivo combinatorial functional genomics and spatial transcriptomics of tumours to decode genotype-to-phenotype relationships
期刊：Nature Biomedical Engineering
IF：26.6
DOI：10.1038/s41551-025-01437-1

研究背景

癌症的发生源于多种基因改变的共同作用，但这些改变如何在肿瘤微环境中塑造疾病特征仍是个谜。传统的癌症研究难以同时追踪多个基因变异与空间表型之间的联系，因此研究团队开发了 CHOCOLAT-G2P（C-G2P）框架与 PERTURB-CAST 方法，解决了这一核心难题。C-G2P通过将携带分子条形码的干扰质粒通过 hydrodynamic-tail-vein 注射导入小鼠肝细胞，利用Sleeping Beauty转座子系统实现基因变异的随机组合与整合，在小鼠肝脏中生成数百个具有不同基因型的肿瘤克隆。PERTURB-CAST 方法则创新性地改造了商用 10X Visium 空间转录组平台，通过探针（RTL）捕获特定条形码序列。研究人员巧妙利用小鼠肝脏中不表达的化学感应受体（如嗅觉、味觉受体）的 RTL 探针，将其重新部署为基因扰动的分子标签，实现了在同一张组织切片上同时定位基因扰动与全转录组表达信息检测的突破。这种 "一站式" 的检测方法避免了传统方法中多平台分析导致的空间信息丢失，为精准关联基因型与表型奠定了基础。

主要发现

基因型与空间特征精准对应

研究团队创新性地将多基因扰动与空间转录组结合，借助 C-G2P 平台在同一张组织切片上同时读取“基因条形码”和“转录组特征”。最终，他们在 6 个肝脏分区中标注出 324 个肿瘤结节，每个结节都能直接对应到其独特的基因扰动组合。利用 C-G2P 平台能够在一张切片上直观看到“某种基因型如何在组织的特定位置塑造出怎样的表型特征”。

C-G2P平台：基因型与空间表型的精准对应

空间生态位塑造肿瘤微环境

进一步分析发现，不同类型的结节呈现出明显的空间规律：胆管样（CCA）结节多位于肿瘤—间质交界处，该区域富含免疫抑制性成纤维细胞（CAFs）、缺乏淋巴细胞浸润，并伴随细胞外基质重塑；而中央静脉样（HCC）结节则靠近中心静脉区域，富集代谢与氧化还原相关基因。由此可见，肿瘤发生并不是孤立存在的，而是深受其所处“空间生态位”的影响。

CCA与HCC微环境的独特分布

基因互作分析揭示潜在致瘤路径

通过统计模型对结节数据进行分析，发现了多个关键基因间的互作模式：Myc + NICD组合在结节中呈协同趋势；VEGFA与NICD、mtCtnnb1之间表现出互斥关系，提示VEGFA的促胆管样作用可能被某些信号通路抑制；此外，shKmt2c结节显著富集胆管标志基因（Krt19、Gp2），暗示其在肝胆型分化和表型塑造中的潜在调控作用。

Myc、VEGFA等致瘤基因互作图谱

功能实验验证空间推断

为了进一步验证结论准确性，研究团队设计了“缺一”对照实验：去除VEGFA的扰动会导致肿瘤更快形成、结节类型以HCC为主，胆管样显著减少；去除mtCtnnb1则延缓肿瘤形成，并显著增加CCA比例。这些结果不仅验证了基因型—表现型关联的可靠性，还表明不同基因扰动在肿瘤进化过程中的地位并不等同，而是存在互作、掩盖或放大等复杂的效应。

基因扰动驱动肿瘤演化的空间验证

总结

本研究利用C-G2P平台，将体内多基因扰动与空间转录组技术相结合，在同一张切片上实现了多基因组合的空间追踪。结果不仅揭示了不同基因组合在肝脏组织中的精确分布，同时展现了它们如何塑造多样的肿瘤形态与微环境，以及如何影响肿瘤的演化轨迹与免疫逃逸特征。这一策略有望为解析肿瘤基因互作网络、探索空间生态位驱动机制提供具有空间维度的参考。

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