空间转录组学揭示了导管内癌与邻近浸润性前列腺癌之间的克隆关系

Spatial transcriptomics reveals clonal relationships between intraductal carcinoma and adjacent invasive prostate cancer

作者信息Hridya Harikumar, Myrthe de Waard-van Baardwijk, Marit de Haan, Gregory van Beek, Karishma Lila, Martin E van Royen, Thierry Pp van den Bosch, Mathijs A Sanders, Eric Bindels, Andrew Stubbs, Geert Jlh van Leenders
PMID42236150
发布时间2026-09
DOI10.1111/his.70188

实验完整度

研究包含空间转录组学、CNV分析、克隆分析和轨迹分析等明确实验方法,并进行了功能验证,但样本量有限且缺乏体外/动物模型等独立证据层级。

主要模型

六例Gleason评分3+4=7的前列腺癌根治术标本 包含HGPIN、IDC、IAC样腺体和浸润性PCa的组织区域

重点核对

样本数量:6例Gleason评分3+4=7的前列腺癌根治术标本 组织区域:每个病例选取包含HGPIN、IDC、IAC样腺体和明确浸润性PCa的代表性福尔马林固定石蜡包埋组织块 空间转录组平台:10x Genomics Visium CytAssist 注释方法:由泌尿生殖病理学家手动注释HGPIN、IDC、IAC样腺体、浸润性PCa、正常腺体和正常间质 参考正常组织:使用样本C的正常腺体作为CNV分析的参考

摘要

目的:导管内癌(IDC)的发病机制仍存在争议。与目前认为IDC代表浸润性前列腺癌(PCa)逆行播散的观点相反,我们最近提出了一个替代性的统一假说,名为“重复侵袭、前体进展”(RIPP)。关于高级别前列腺上皮内瘤变(HGPIN)、IDC和邻近浸润性PCa的基因组改变知之甚少。我们的目标是利用空间转录组学阐明HGPIN、IDC和邻近PCa之间的相互克隆关系。方法和结果:从6例Gleason评分3+4=7的前列腺癌根治术标本中选取包含HGPIN、IDC和邻近浸润性PCa的兴趣区域。根据Visium工作流程执行空间转录组分析和文库制备。利用病理学家指导的人工注释来描绘兴趣区域,用于染色体拷贝数变异(CNV)和时空轨迹的整合分析。在所有样本中,邻近的HGPIN、IDC和浸润性PCa共享相同的CNV特征,并伴有各种亚克隆事件。无监督克隆分析显示,在三个样本中,邻近的浸润性亚克隆获得了额外的基因组改变。在两个样本中,HGPIN、IDC和邻近浸润性PCa具有相同的CNV。最后,在一个样本中,与HGPIN和浸润性腺体相比,IDC具有额外的CNV。有监督的轨迹分析一致地将邻近的浸润性PCa置于HGPIN和/或IDC之后的轨迹最后一步。结论:空间转录组学揭示了邻近HGPIN、IDC和浸润性PCa之间的强克隆关系。有监督的轨迹分析不支持在这些有限数量的样本中存在逆行播散,而无监督分析则揭示了HGPIN、IDC和邻近PCa之间复杂的相互关系。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
本研究旨在阐明HGPIN、IDC和邻近浸润性PCa之间的相互克隆关系,以探讨IDC的发病机制是逆行播散还是前体进展。
核心机制
研究不支持IDC的逆行播散假说,而支持作者提出的RIPP假说,即HGPIN作为主要前体病变,既可进展为IDC,也可侵袭周围间质形成浸润性癌。
主要证据
基于空间转录组学数据,通过CNV分析、无监督克隆分析和有监督轨迹分析,发现HGPIN、IDC和IAC样腺体共享共同的CNV特征,且在有监督轨迹分析中,IAC样腺体(代表浸润性腺体)始终位于轨迹末端。
研究意义
作者认为这是首次在Gleason评分3+4=7的前列腺癌根治术标本中利用空间转录组学阐明HGPIN、IDC和浸润性PCa之间的关系,并支持其提出的RIPP统一假说。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

样本收集与处理

获取包含HGPIN、IDC和邻近浸润性PCa的前列腺癌根治术标本,以进行空间转录组分析。

从档案中收集6例包含Gleason评分3+4=7 PCa伴IDC的前列腺癌根治术标本,每个病例选取一个包含HGPIN、IDC、IAC样腺体和明确浸润性PCa的代表性组织块。按照10x Genomics CytAssist空间基因表达方案进行样本处理和文库构建。

2

空间转录组数据获取与处理

获取各组织区域的高分辨率基因表达谱,以进行下游的CNV和轨迹分析。

使用Visium CytAssist平台进行空间转录组分析,按照CG000520和CG000495协议进行脱蜡、染色、成像、去交联和文库制备。测序在Novaseq6000平台进行。使用Space Ranger进行比对和定量,并进行质量控制、SCTransform归一化。

3

组织注释与验证

对Visium spots进行精确的组织区域注释,以区分HGPIN、IDC、IAC样腺体、浸润性PCa和正常组织。

由泌尿生殖病理学家使用Loupe Browser手动注释spotted,并使用Python Scanpy包验证注释,通过计算细胞类型标记基因的富集分数。

4

CNV分析

识别各组织区域的拷贝数变异特征,以评估克隆关系。

使用SPATA2对整体肿瘤组织注释和手动注释的HGPIN、IDC和IAC样腺体进行CNV分析,以正常腺体作为参考,生成CNV热图。

5

无监督克隆分析

根据CNV谱的相似性,确定HGPIN、IDC和IAC样腺体之间的克隆关系。

使用Spatial InferCNV进行无监督克隆分析,对每个样本生成CNV谱,构建克隆树,并可视化CNV热图和系统发育树。

6

有监督轨迹分析

推断HGPIN、IDC和IAC样腺体之间的分化轨迹,检验逆行播散假说。

使用stLearn框架中的Pseudo-Time-Space(PTS)算法进行有监督轨迹分析,分别以HGPIN、IDC和IAC样腺体作为pseudoroot,重建空间轨迹。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

空间转录组分析
拷贝数变异分析
数据分析与统计

产品清单

实验环节名称品牌货号
Visium CytAssist空间基因表达试剂盒10x GenomicsCG000495
CytAssist空间基因表达10x Genomics--
Novaseq6000Illumina--
S2流动槽Illumina--
双索引TS set A10x Genomics--
Agilent 2100生物分析仪Agilent--
34BE12基底细胞角蛋白----

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
样本选择
Gleason评分3+4=7且包含IDC的前列腺癌根治术标本;每个病例选取包含HGPIN、IDC、IAC样腺体和明确浸润性PCa的组织块
阅读提示:Methods: Sample Collection
组织处理与文库构建
按照10x Genomics CytAssist方案,包括脱蜡、染色、成像、去交联等步骤;使用Visium CytAssist试剂盒和标准基因面板
阅读提示:Methods: Sample Processing
测序
Novaseq6000平台,S2流动槽,28-10-10-90循环设置
阅读提示:Methods: Sample Processing
数据处理与注释
Space Ranger版本、质控阈值、SCTransform归一化;病理学家手动注释特定组织区域(HGPIN、IDC、IAC样腺体等)
阅读提示:Methods: Data Processing and Analyses
CNV分析
SPATA2分析整体和特定区域CNV,使用正常腺体作为参考
阅读提示:Methods: Copy Number Variants Analysis
无监督克隆分析
InferCNV参数(cut-off=0.1等),共识正常参考的构建,子克隆排除标准(少于10个spots)
阅读提示:Methods: Unsupervised Clonal Analysis
有监督轨迹分析
PTS算法参数,pseudoroot的选择(HGPIN、IDC、IAC样腺体)
阅读提示:Methods: Supervised Trajectory Analysis