随着空间组学技术快速发展，广泛应用于肿瘤微环境动态分析。最新单细胞分辨率空间转录组技术揭示肢端型黑色素瘤肿瘤细胞-免疫细胞在空间上的分子互作，基于细胞分割技术真实还原细胞在空间上生态位功能异质性的精细分析，为肢端型黑色素瘤的早期诊断和临床诊疗提供了新视角。

文章标题：Integrative molecular and spatial analysis reveals evolutionary dynamics and tumor-immune interplay of?in situ?and invasive acral melanoma

期刊名称：Cancer Cell

影响因子：50.3

合作单位：北京大学第一医院、北京大学-云南白药国际医学中心

研究方法：全外显子组、基于显微切割的多区域全外显子测序、bulk转录组、单细胞转录组、空间转录组和CODEX空间蛋白组学

百迈客生物为该研究提供了BMKMANU?S1000空间转录组细胞分割技术。

2024年5月16日，北京大学第一医院的张宁、李航及北京大学-云南白药国际医学中心薛瑞栋团队合作在《Cancer Cell》在线发表题为《Integrative molecular and spatial analysis reveals evolutionary dynamics and tumor-immune interplay of in situ and invasive acral?melanoma》的研究论文，对肢端型黑色素瘤进行了多组学分析，解析了从AMis进展到iAM的克隆演化规律，建立了AM的分子分型，揭示了APOE⁺/CD163⁺巨噬细胞的空间富集状态，进一步通过实验证实该巨噬细胞亚群可通过IGF1-IGF1R互作促进肿瘤发生上皮-间质转化，最终鉴定出附属器受累和驱动突变可预测AMis的侵袭潜能，而APOE和CD163则可用于预测iAM的预后，为肢端型黑色素瘤的早期诊断和临床诊疗提供了重要依据。

为了探究肢端型黑色素瘤的演化规律及免疫微环境在其中的作用，研究人员建立了一个287例患者的队列，包含146例AMis和141例iAM，为研究AMis到iAM的演化过程提供了丰富的资源。研究人员将所有患者分为测序队列（147例）和验证队列（140例），对测序队列进行了多组学测序，包括全外显子组、基于显微切割的多区域全外显子测序、bulk转录组、单细胞转录组、空间转录组和CODEX空间蛋白组学，而验证队列则用于验证所鉴定出的标志物的临床相关性。

研究人员首先描绘了AMis和iAM的基因组图谱，并系统比较了两者的点突变、拷贝数变异、突变负荷、突变印记、亚克隆突变及基因组不稳定性。分析结果表明iAM的亚克隆突变比例和基因组不稳定性显著升高。值得注意的是，研究人员发现驱动突变（NRAS, KRAS, NF1, KIT）在iAM中显著富集，并在体外实验中验证了这些驱动突变可以增强肢端型黑色素瘤的侵袭能力。另外，研究人员还发现附属器受累也与AMis的驱动突变及侵袭能力密切相关。

早期AM的演化过程可分为两个阶段：（1）垂直侵袭，即AMis穿破基底膜进入真皮成为iAM；（2）局部扩张，即iAM在真皮中的局部增殖。为了进一步探索患者内部的这一肿瘤演化过程，研究人员通过显微切割捕获了同一患者的多个区域并构建了肿瘤克隆演化树。研究结果表明，在垂直侵袭阶段，AMis在演化早期获得驱动突变并迅速穿过基底膜，以单克隆播散到真皮中。在局部扩张阶段，不同患者中存在两种不同的扩张模式：（1）克隆扩张，即肿瘤细胞保持单一克隆结构进行均质扩张；（2）亚克隆分化，即肿瘤细胞在增殖过程中获得亚克隆，导致肿瘤异质性升高。

研究人员进一步使用转录组测序、单细胞转录组测序和空间蛋白组学技术探索了免疫微环境在上述过程中的作用。研究人员将所有样本分为三个亚型并鉴定出一个预后最差的iAM亚型（C3）。值得注意的是，这一分子分型是与肿瘤分期（T分期、AJCC分期）相互独立的预后因素，说明该分子分型反映了肿瘤的内在恶性特征，进一步为AM的早期诊断和精准诊疗提供了依据。与非C3肿瘤相比，C3肿瘤主要经亚克隆分化而来，高表达EMT特征，且其免疫微环境中显著富集APOE⁺/CD163⁺巨噬细胞。空间转录组和空间蛋白组学进一步验证了C3患者中EMT肿瘤细胞与APOE⁺/CD163⁺巨噬细胞呈现明显的共定位和共富集。

为探究EMT肿瘤细胞与APOE⁺/CD163⁺巨噬细胞之间的互作机制，研究人员首先利用多组学测序数据分析了两者之间的相互作用关系，并进一步在ex vivo和in vitro水平进行了实验验证。一方面，AM肿瘤细胞可以将单核细胞诱导为APOE⁺/CD163⁺巨噬细胞，这一表型由转录组测序、流式分析和多色免疫荧光共同确认。另一方面，APOE⁺/CD163⁺巨噬细胞可以通过分泌IGF1作用于肿瘤细胞表面的IGF1R，诱导肿瘤细胞发生EMT，而IGF1抑制剂、IGF1R抑制剂及敲除肿瘤的IGF1R均可以抑制这一过程。这些结果为开发新的AM治疗策略提供了思路。最后，研究人员在两个独立队列中验证了APOE和CD163染色可用于预测AM的预后。

综上，本研究基于多组学测序，系统揭示了早期肢端型黑色素瘤的克隆演化规律，建立了肢端型黑色素瘤的分子分型，解析了肿瘤细胞-免疫细胞的空间互作关系，鉴定出新的早期诊断标志物（驱动突变和附属器受累）及晚期预后标志物（APOE和CD163），为肢端型黑色素瘤的早期诊断和精准诊疗提供了重要信息。

北京大学第一医院的张宁教授、李航教授和北京大学-云南白药国际医学研究中心的薛瑞栋研究员（北京大学第一医院兼职教授）为共同通讯作者。北京大学-云南白药国际医学研究中心刘恒康博士后、北京大学第一医院皮肤性病科高嘉雯博士和北京大学第一医院肿瘤转化研究中心冯梅博士后为共同第一作者。

编者按

空间组学发展正在逐步揭秘生命在空间维度特异性发展，文中利用BMKMANU S1000空间转录组细胞分割技术高精度剖析肢端型黑色素瘤微环境细胞在空间上的动态演变，特别是肿瘤微环境的多态性变化，借助超高分辨率空间组学技术分析细胞与其环境之间的相互作用，加速发现细胞在空间上亚型定义和确定细胞谱系关系以及识别整个微环境复杂的调控机理。

参考文献：

Liu et al., Integrative molecular and spatial analysis reveals evolutionary dynamics and tumor-immune interplay of?in situ?and invasive acral melanoma,?Cancer Cell?(2024), https://doi.org/10.1016/j.ccell.2024.04.012

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