Nature Medicine | 空间基因组学引领罕见肿瘤突破

近日，麻省理工学院的知名生物信息专家Aviv Regev带领的团队通过NanoString的GeoMx® Digital Spatial Profiler对滑膜肉瘤进行了空间全转录组的深度解析，在Nature Medicine上发表了题为“Opposing immune and genetic mechanisms shape oncogenic programs in synovial sarcoma”的文章，揭示了数个肿瘤驱动基因与免疫细胞在肿瘤微环境中的相互作用。

研究背景

滑膜肉瘤是一种由SS18-SSX基因融合驱动的恶性肿瘤。该肿瘤的一个特点是肿瘤免疫微环境中极低的T细胞浸润程度，因此目前在肿瘤治疗领域大展身手的免疫疗法在此处也不免折戟。基于滑膜肉瘤的含碱性，目前关于滑膜肉瘤的基因组学和分子致病机理依然来源于少部分样本的大块组织分析，医学界对于个中的肿瘤异质性和免疫微环境的了解依然少之又少。因此，如何通过深入了解滑膜肉瘤中肿瘤细胞群落和免疫细胞贫乏的原因对于将来在该疾病中让更多病人受益于免疫疗法有着深远的意义。

研究方法

来自麻省理工学院的Aviv Regev 团队通过结合单细胞测序对12个滑膜肉瘤的16,872个细胞进行了分析并提取了肿瘤细胞富集的核心驱动基因标记，再通过NanoString的GeoMx Digital Spatial Profiler ，对样本中的肿瘤细胞和免疫细胞进行了空间全转录组的分析，全面解释了滑膜肉瘤中核心驱动基因富集对于免疫微环境的影响。

研究结果

在该项研究中，研究团队的第一个重要发现是通过结合基因表达聚类分析以及SS18-SSX基因融合，发现了一个核心驱动基因标记（Core Oncogenic Program）在每个肿瘤样本中出现了富集。该标记包含了多达1,800个基因，主要体现为对TNF信号通路、p53信号通路以及细胞凋亡的抑制，说明该标记在免疫抑制和肿瘤细胞增殖方面可能有着重要作用。的确，当研究人员应用该核心驱动基因标记对大量滑膜肉瘤病人进行生存分析时，发现该标记主要集中于分化更差、远端转移以及出现复发的病人当中，这一发现对于指导病人预后具有极大的临床意义。

图片来源：Nature Medicine

研究人员又发现尽管滑膜肉瘤中T细胞的浸润非常低，但在肿瘤微环境中的CD8 T细胞却依然表达出极高的抗肿瘤特性。那么问题来了，如何才能知道核心驱动基因标记是如何降低CD8 T细胞的浸润和活性呢？只有回答了这个问题，研究人员才可能进一步发现潜在的药物靶标。为了更好地研究核心驱动基因标记对于免疫抑制的作用，研究人员采用了NanoString的GeoMx Digital Spatial Profiler，首先通过荧光免疫标记对样本中的肿瘤细胞和免疫细胞进行了划分，在通过NanoString的空间全转录组技术对肿瘤细胞和免疫细胞中的基因表达谱进行了原位分析。结果表明，核心驱动基因标记在组织空间中的分布与免疫细胞的浸润呈现出反相关的关系，肿瘤细胞中的核心驱动基因标记越是富集，周围的免疫细胞浸润越低，说明该核心驱动基因直接抑制了T细胞的浸润，令本来具有抗肿瘤活性的CD8 T细胞无法消灭这些肿瘤细胞。

图片来源：Nature Medicine

最后，研究人员发现当在滑膜肉瘤细胞株中敲除了SS18-SSX基因融合后，核心驱动基因标记的表达明显降低，细胞株亦同时出现分化状态，说明了SS18-SSX基因融合是核心驱动基因标记和免疫逃逸机制的幕后推手。

展望未来

尽管研究人员成功发现了滑膜肉瘤中核心驱动基因标记对于免疫逃逸这一重要机制的作用，研究人员认为仍然需要开发出与人类滑膜肉瘤高度相似的小鼠模型才能更好地进行临床模型的测试。而该研究采取的多维度、高精度手段亦证明了单细胞测序和空间全转录组技术在将来可以被应用在更多的罕见肿瘤，特别是由融合基因驱动的肿瘤类型中。