胰腺导管腺癌（PDAC）发现较晚以及其肿瘤微环境（TME）的异质性，是对胰腺导管腺癌治疗的挑战。胰腺导管腺癌的肿瘤微环境富含免疫抑制细胞和癌症相关成纤维细胞（CAFs），这些细胞通过复杂的细胞间相互作用和信号传递途径，促进了肿瘤的发展和恶性表型，包括上皮-间质转化（EMT）和炎症反应，从而为治疗干预设置了障碍。研究旨在通过单细胞RNA测序（scRNA-seq）和类器官共培养实验，深入理解CAFs与胰腺导管腺癌细胞之间的相互作用，以揭示其在肿瘤生物学中的作用。
文献信息
【文章标题】Transfer learning reveals cancer-associated fibroblasts are associated with epithelial-mesenchymal transition and inflammation in cancer cells in pancreatic ductal adenocarcinoma
【发表杂志】Cancer Research（IF: 11.2）
【发表时间】2024年4月
【关键词】Pancreatic ductal adenocarcinoma (PDAC), scRNAseq, Organoids, Cancer associated fibroblasts (CAFs), Atlas
闪光点
肿瘤微环境的深入解析：通过整合和分析来自多个数据集的单细胞RNA测序数据，研究揭示了CAFs与胰腺导管腺癌细胞之间的复杂相互作用，特别是在促进EMT和炎症反应方面的作用。
关键分子信号通路的发现：研究识别了ITGB1和VEGF-A作为CAFs与肿瘤细胞之间通信的关键分子，这些分子在调节肿瘤细胞的EMT和炎症表型中起着重要作用，为开发新的治疗策略提供了潜在的分子靶点。
PDO-CAF共培养模型的创新应用：文章中使用的PDO-CAF共培养系统为研究肿瘤微环境提供了一个有力的实验平台，使得研究者能够在体外模拟和验证肿瘤细胞与CAFs之间的相互作用，这对于理解肿瘤进展和测试新疗法具有重要意义。
PDO指的是患者衍生的类器官（Patient-Derived Organoids），是一种从癌症患者的肿瘤样本中培养出的三维微型组织结构，它们能够在体外模拟原始肿瘤的微环境和细胞间的相互作用。PDOs作为一种研究工具，具有以下几个关键特点：
患者特异性：PDOs直接来源于患者的肿瘤组织，因此能够保留原始肿瘤的遗传和表型特征，包括肿瘤细胞和肿瘤微环境中的其他细胞类型。
三维培养：与传统的二维细胞培养相比，PDOs在三维环境中生长，更接近体内环境，能够更好地模拟肿瘤细胞的生物学行为和相互作用。
药物筛选和个性化医疗：PDOs可以用于测试不同药物对特定患者肿瘤的效果，从而为个性化医疗和精准治疗提供依据。
疾病模型：PDOs为研究疾病的发生、发展和转移提供了一个有力的模型，特别是在癌症研究中，它们可以用来研究肿瘤的侵袭性和耐药性。
共培养系统：PDOs可以与其他细胞类型（如CAFs）共培养，以研究细胞间的相互作用和信号传递，这对于理解肿瘤微环境的复杂性至关重要。
文章解析
从6个scRNA-seq数据集中整合生成CAF和胰腺导管腺癌肿瘤细胞的转录参考
研究者整合了6个独立的胰腺导管腺癌单细胞测序数据集，涉及61个胰腺导管腺癌患者样本和16个非恶性对照样本，生成了一个包含174,394个细胞的大规模图谱。这个图谱涵盖了多种细胞类型，包括恶性上皮细胞（32,515个细胞）、髓系细胞（28,971个细胞）、T细胞（17,284个细胞）、CAFs（8,953个细胞）等。通过计算分析，研究者发现CAF密度与上皮细胞中的炎症和EMT标记物的表达水平正相关，特别是在恶性上皮细胞中，CAF密度每增加10%，与EMT相关的基因表达水平平均上升约15%。
CoGAPS分析识别癌症相关上皮细胞中共存的EMT和炎症信号传导的表型状态，并与CAF密度相关
利用作者前期开发的基于非负矩阵分解的CoGAPS算法对上皮细胞群体进行分析，研究者发现了8种转录表型模式，其中Pattern 7与炎症和EMT相关。Pattern 7的表达在胰腺导管腺癌样本中的上皮细胞中显著富集，与非恶性样本相比，其权重显著增加（P值 < 2.22e-16）。此外，CAF密度与Pattern 7的权重呈正相关（r = 0.45，P值 < 0.001），表明CAFs可能通过分泌因子或直接的细胞接触促进上皮细胞中的炎症和EMT。
将胰腺导管腺癌图谱中的Pattern 7转移到胰腺导管腺癌 PDO-CAF共培养中，证明CAFs在上皮细胞中诱导EMT和炎症信号
在PDO-CAF共培养中，Pattern 7的表达在与CAF共培养的PDOs中增强，相比于单独培养的PDOs，共培养条件下的PDOs表现出更多的基底和经典上皮细胞标记的表达。通过单细胞转录组分析，研究者发现共培养条件下，约有30%的上皮细胞表现出EMT标记物的上调，而单独培养的PDOs中这一比例仅为10%。
PDOs显示共培养中的CAFs丰富了IFNγ反应并在上皮细胞中诱导了主要组织相容性复合体II型(MHC-II)的表达
在共培养系统中，CAFs的存在增强了PDOs对IFNγ的反应，导致MHC-II分子的表达增加。通过流式细胞术和实时定量PCR（qPCR）分析，研究者观察到在共培养条件下，与CAFs共培养的PDOs中MHC-II基因的表达水平显著上升，其中HLA-DRA和HLA-DRB1的表达水平分别增加了约2.5倍和2倍。
胰腺导管腺癌图谱的配体-受体分析识别ITGB1作为从成纤维细胞到上皮细胞的信号配体，VEGF-A作为从上皮细胞到成纤维细胞的信号配体
配体-受体分析揭示了ITGB1和VEGF-A在CAFs和上皮细胞之间的信号传递中的关键作用。ITGB1在CAFs中的表达水平上调，而VEGF-A在上皮细胞中的表达水平上调。通过免疫组化和qPCR分析，研究者在胰腺导管腺癌组织和共培养系统中验证了这些分子的表达模式，发现ITGB1的表达在CAFs中增加了约1.8倍，而VEGF-A的表达在上皮细胞中增加了约1.5倍。
PDO-CAF共培养验证神经丝蛋白-1 (NRP1)作为VEGF-A的动态表达结合伙伴
在PDO-CAF共培养中，NRP1作为VEGF-A的结合伙伴，其在PDO表面的表达在共培养条件下下调。流式细胞术分析显示，与CAF共培养的PDOs中NRP1的表达减少了约40%，而通过qPCR分析，研究者观察到NRP1 mRNA水平的相应变化，表明NRP1的表达下调与VEGF-A的内吞和受体循环有关。这些结果表明NRP1可能参与调节VEGF-A的信号传导，并可能在胰腺导管腺癌的血管生成和EMT过程中发挥作用。通过免疫组化分析，研究者进一步证实了NRP1和VEGF-A在胰腺导管腺癌组织中的共表达，其中NRP1的表达强度与VEGF-A的表达强度呈正相关（r = 0.52，P值 < 0.01）。
这篇文章通过整合单细胞转录组数据，以及患者衍生的类器官（PDO）与癌症相关成纤维细胞（CAF）共培养实验，揭示了CAFs在胰腺导管腺癌（PDAC）中的重要作用，特别是在促进肿瘤细胞的上皮-间质转化（EMT）和炎症反应方面。研究发现ITGB1和VEGF-A作为关键的信号分子介导了CAFs与肿瘤细胞之间的交互作用，这些发现增进对PDAC肿瘤微环境复杂性的理解，也为开发新的治疗策略和靶向药物提供了可能的分子靶点。
