约翰霍普金斯大学Kimmel癌症中心的研究人员利用一种新的工作流程，将空间转录组学和机器学习集成到成像分析和单细胞数据集中，发现了一种最具侵袭性、最致命的胰腺癌:胰腺导管腺癌(PDAC)的发展过程中新的分子和细胞标记物。

　　PDAC起源于胰腺癌前病变。胰腺上皮内瘤变(PanINs)是其中一种病变类型，可在胰腺发展为浸润性癌症前几年出现。由于PanINs非常小，传统的临床影像学检查无法检测到它们。

　　先前的分析方法，如批量测序和单细胞测序，可以捕获肿瘤微环境中癌细胞和其他细胞类型的基因表达。然而，缺少的是肿瘤内部和周围这些类型细胞之间的空间关系，约翰霍普金斯大学医学院肿瘤学助理教授、资深研究合著者Luciane Kagohara博士说。

　　Elana Fertig博士，肿瘤学教授，肿瘤学定量科学部主任，约翰霍普金斯大学医学院趋同研究所和单细胞训练和分析中心的联合主任，也是该研究的资深合著者。

　　利用空间转录组学——一种用于测量和绘制组织切片中基因表达的技术——研究人员开发了一种三向分析管道，以绘制来自14个PanINs的9名患者的基因表达变化，其中包括5个罕见的高级别PanINs。用于成像分析(CODA)和PDAC单细胞数据集整合的机器学习工具，通过创新的多组学整合方法CoGAPS(模式集协调基因活动)和projectR，是在约翰霍普金斯大学之前的研究中开发的。研究人员已经将他们的数据和代码提供给其他研究人员，以揭示对胰腺癌的进一步了解，并通过开源工具，将空间转录组学的分析方法用于生物医学研究。

　　他们的研究结果发表在8月7日的《细胞系统》杂志上，为研究PanINs周围癌前环境中不同类型细胞的基因表达和空间分布提供了新的见解。这些发现是了解PanINs如何发展为PDAC的关键，为未来早期发现这种和其他类型的胰腺癌奠定了基础。

　　三方分析显示，PanINs中存在胰腺癌的一些关键特征。

　　Kagohara说:“当我们观察正常到高级别PanIN病变的进展时，我们发现细胞增殖逐渐增加，而炎症信号减少，这对于理解这些肿瘤固有的低免疫原性很重要。”她说，这表明在侵袭性PDAC完全发育之前，PanINs内部和周围的细胞已经创造了一个更加免疫抑制的环境。

　　研究结果还揭示了细胞的空间差异。Kagohara说:“我们发现，在PDAC生物学及其对治疗的反应中起主要作用的癌症相关成纤维细胞已经存在于癌前阶段，这与之前在胰腺癌动物模型中的研究一致，但以前没有在人类中观察到。”

　　她补充说:“PanINs非常小，尺寸不到1毫米，所以我们非常惊讶，即使使用很少的细胞，我们也能从这些病变中检测到强烈的特征。”“这对癌症来说非常重要，因为，例如，如果我们想了解免疫对治疗的反应，我们需要知道哪些免疫细胞离肿瘤更近或更远。但我们也需要了解是否有其他类型的细胞通过形成物理屏障或与肿瘤细胞相互作用来阻断这些通信。”

　　除了主要发现之外，该研究还强调了计算工具在进一步了解人类疾病方面的力量。

　　Kagohara说，空间转录组学是一种非常强大的生成数据的技术，但是需要正确的计算工具来分析它。她说:“有了合适的工具，你可以增强从这些新技术中提取的结果。”

　　为了鼓励更多的合作和分析，该研究的数据可在GEO (GSE254829)上获得，代码可在GitHub上获得。

　　Kagohara说:“随着我们在PanINs上获得越来越多的数据，我们的想法是识别分子特征，以开发早期检测测试。”“这是首批为其他研究人员寻找PanINs中的这些早期标记物提供资源的研究之一，因此我们可以更多地了解分子和细胞特征的空间分布如何影响胰腺癌的进展以及对治疗的反应。”

　　其他研究的共同作者包括Alexander Bell, Jacob Mitchell, Ashley Kiemen, Melissa Lyman, Kohei Fujikura, Jae Lee, Eron Coyne, Sarah Shin, Sushma Nagaraj, Atul Deshpande, Pei-Hsun Wu, Dimitrios Sidiropoulos, Rossin Erbe, James Chell, Lauren Ciotti, Jacquelyn Zimmerman, Denis Wirtz, Won Jin Ho, Neeha Zaidi, Elizabeth Thompson, Elizabeth Jaffee和Johns Hopkins的Laura Wood。来自加州普莱森顿10x基因组公司的研究人员也参与了这项工作。

　　这项工作得到了约翰霍普金斯发现奖和美国国立卫生研究院、Sol Goldman胰腺癌研究中心、Stand Up to Cancer、Lustgarten基金会、Emerson集体癌症研究基金、Allegheny健康网络、Susan Wojcicki和Dennis Troper以及Rolfe胰腺癌基金会的多项资助。