文章題目：Tumor cell villages define the co-dependency of tumor and microenvironment in liver cancer.
期刊名稱：Nature communications
影響因子：15.7
DOI：10.1038/s41467-026-69797-z

研究背景

原發(fā)性肝癌（PLC）是全球最常見且致死率高的惡性腫瘤之一，其發(fā)生與進(jìn)展過程中呈現(xiàn)出顯著的腫瘤異質(zhì)性。不同腫瘤細(xì)胞亞群在轉(zhuǎn)錄狀態(tài)、代謝特征及免疫調(diào)控方面均存在明顯的異質(zhì)性，這些差異往往決定著腫瘤的進(jìn)展速度、治療反應(yīng)及患者預(yù)后。

近年來，單細(xì)胞測序技術(shù)揭示了腫瘤內(nèi)部存在多種動態(tài)的細(xì)胞轉(zhuǎn)錄狀態(tài)，但這些研究大多忽略了腫瘤細(xì)胞與其周圍微環(huán)境的空間互作關(guān)系。實(shí)際上，腫瘤細(xì)胞并不是孤立存在的，而是與周圍的免疫細(xì)胞、成纖維細(xì)胞和血管細(xì)胞等形成復(fù)雜的空間互作網(wǎng)絡(luò)。

基于此背景，本研究利用高分辨率空間轉(zhuǎn)錄組技術(shù)，系統(tǒng)地解析了原發(fā)性肝癌組織中的細(xì)胞空間組織結(jié)構(gòu)，并提出“腫瘤細(xì)胞群落（Tumor cell villages）”的概念，揭示了腫瘤細(xì)胞與腫瘤微環(huán)境之間高度協(xié)同的空間生態(tài)結(jié)構(gòu)。

實(shí)驗(yàn)設(shè)計與技術(shù)手段

研究共納入7例原發(fā)性肝癌患者，分別收集腫瘤核心、腫瘤邊界以及鄰近非瘤組織的總計50個樣本。實(shí)現(xiàn)同一患者的多區(qū)域采樣比較，為動態(tài)分析腫瘤異質(zhì)性和空間微環(huán)境提供了基礎(chǔ)。

研究主要采用了NanoString CosMx SMI與10x Genomics Visium的雙重空間技術(shù)路徑。首先，利用CosMx SMI的高分辨率，在單細(xì)胞水平上精確映射腫瘤細(xì)胞狀態(tài)及其空間鄰域，從而定義了“腫瘤細(xì)胞群落（Tumor Cell Villages）”這一核心概念，揭示了腫瘤細(xì)胞與其微環(huán)境之間的分子共依賴性。隨后，研究利用Visium空間轉(zhuǎn)錄組技術(shù)在更大的組織尺度和隊(duì)列中進(jìn)行驗(yàn)證，證實(shí)了這些群落結(jié)構(gòu)在更廣泛的組織區(qū)域內(nèi)的普遍性及其空間分布規(guī)律。

此外，研究還整合了單細(xì)胞RNA測序（scRNA-seq）數(shù)據(jù)與深度學(xué)習(xí)算法，對空間轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)進(jìn)行了多維度的細(xì)胞狀態(tài)注釋與驗(yàn)證，證明微環(huán)境結(jié)構(gòu)對維持“腫瘤細(xì)胞群落”穩(wěn)定性的必要性。

主要發(fā)現(xiàn)

1.肝癌腫瘤細(xì)胞存在多種轉(zhuǎn)錄狀態(tài)

CosMx SMI空間轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)顯示，肝癌組織中有多種不同的腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)錄狀態(tài)（。這些狀態(tài)在代謝、細(xì)胞周期、免疫調(diào)控及上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化（EMT）等生物學(xué)過程中表現(xiàn)出明顯差異。進(jìn)一步的空間分析顯示，不同轉(zhuǎn)錄狀態(tài)的腫瘤細(xì)胞在組織中呈現(xiàn)出明顯的空間分布特征，提示腫瘤內(nèi)部存在高度組織化的細(xì)胞結(jié)構(gòu)，而非隨機(jī)分布。

肝癌腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)錄狀態(tài)圖譜

2.腫瘤細(xì)胞的空間動態(tài)網(wǎng)絡(luò)

基于CosMx SMI的高分辨率空間轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)，研究團(tuán)隊(duì)系統(tǒng)分析了腫瘤細(xì)胞與微環(huán)境之間的空間互作關(guān)系，提出了空間動態(tài)網(wǎng)絡(luò)（Spatial Dynamics Network, SDN）的分析框架，從而識別出在空間上具有協(xié)同依賴關(guān)系的細(xì)胞群體，共識別出14種SDN類型。研究還發(fā)現(xiàn)，不同腫瘤細(xì)胞狀態(tài)往往與特定的微環(huán)境細(xì)胞類型共存，這些空間關(guān)系反映出腫瘤細(xì)胞與微環(huán)境之間可能存在特定的功能協(xié)同。

腫瘤細(xì)胞的空間動態(tài)網(wǎng)絡(luò)（SDN）

3.“腫瘤細(xì)胞群落”概念的提出

在進(jìn)一步分析腫瘤細(xì)胞之間的空間組織結(jié)構(gòu)后，研究團(tuán)隊(duì)利用圖注意力網(wǎng)絡(luò)（Graph Attention Network）對腫瘤細(xì)胞進(jìn)行聚類分析，最終識別出多個具有穩(wěn)定空間特征的細(xì)胞群體。研究者將這些具有特定空間結(jié)構(gòu)和分子特征的細(xì)胞群體定義為“腫瘤細(xì)胞群落（Tumor cell villages）”。每一個“群落”由特定轉(zhuǎn)錄狀態(tài)的腫瘤細(xì)胞、基質(zhì)細(xì)胞、免疫細(xì)胞和血管細(xì)胞共同組成。這些細(xì)胞群體在空間上緊密共存，并通過分子信號形成穩(wěn)定的互作網(wǎng)絡(luò)，從而共同塑造局部腫瘤生態(tài)位。

腫瘤細(xì)胞群落（Villages）結(jié)構(gòu)示意圖

4.不同“腫瘤細(xì)胞群落”與患者預(yù)后密切相關(guān)

研究人員進(jìn)一步利用10× Visium空間轉(zhuǎn)錄組在多個肝癌患者隊(duì)列中驗(yàn)證了這些“腫瘤細(xì)胞群落”的臨床意義。發(fā)現(xiàn)Village 3–8類型群落（細(xì)胞周期/免疫響應(yīng)主導(dǎo)，富集PI3K/血管生成通路）與患者更差的總體生存率顯著相關(guān)。

此外，通過分析不同群落中的分子互作網(wǎng)絡(luò)，研究者發(fā)現(xiàn)部分細(xì)胞分泌信號及細(xì)胞通訊通路在特定群落中較為活躍，提示這些分子協(xié)同關(guān)系可能參與驅(qū)動腫瘤進(jìn)展。

腫瘤細(xì)胞群落分子共依賴網(wǎng)絡(luò)與預(yù)后關(guān)聯(lián)

文章總結(jié)

本研究通過高分辨率的空間轉(zhuǎn)錄組技術(shù)，首次系統(tǒng)解析了肝癌腫瘤組織中的空間生態(tài)結(jié)構(gòu)，并提出了“腫瘤細(xì)胞群落（Tumor cell villages）”這一新的概念。研究表明，腫瘤細(xì)胞會在空間上形成具有特定分子特征的群落，這些群落與周圍微環(huán)境細(xì)胞存在高度協(xié)同依賴，不同群落類型與患者生存預(yù)后顯著相關(guān)。

該研究不僅系統(tǒng)的揭示了腫瘤空間異質(zhì)性，也為解析腫瘤細(xì)胞與微環(huán)境之間的協(xié)同進(jìn)化機(jī)制提供了新的理論框架。