使用超多標(biāo)組織成像表征胰腺導(dǎo)管腺癌中的腫瘤微環(huán)境

胰腺四周布滿了十二指腸和膽總管等高度血管化的器官。胰腺癌經(jīng)常侵襲并轉(zhuǎn)移至周圍的器官以及更遠(yuǎn)位置的器官，例如肝臟、腹膜、肺、大腦、腎臟和骨骼。傳統(tǒng)的化療加放療或疾病晚期的化療加靶向藥物治療可以延長(zhǎng)患者的生存期。但是，即使腫瘤局限的患者中，也僅有40%左右的患者能夠達(dá)到5年的生存期。這就說(shuō)明亟需為所有胰腺癌患者改善傳統(tǒng)和免疫療法。腫瘤細(xì)胞可以逃避治療并繼續(xù)生長(zhǎng)。另外，腫瘤微環(huán)境中的基質(zhì)細(xì)胞也是促使持續(xù)性腫瘤生長(zhǎng)的關(guān)鍵支持土壤。了解腫瘤微環(huán)境中的所有細(xì)胞的免疫狀態(tài)對(duì)于理解腫瘤轉(zhuǎn)移和改進(jìn)癌癥治療方法至關(guān)重要，尤其是免疫療法。

在本研究中，使用了數(shù)十個(gè)生物標(biāo)志物研究胰腺導(dǎo)管腺癌（PDAC）組織中的腫瘤異質(zhì)性。使用Cell DIVE^™超多標(biāo)組織成像整體分析解決方案，數(shù)十個(gè)生物標(biāo)志物可表征腫瘤微環(huán)境中的細(xì)胞異質(zhì)性、細(xì)胞活性和細(xì)胞間的空間位置關(guān)系。我們檢查了腫瘤、基質(zhì)各成分和免疫細(xì)胞對(duì)腫瘤微環(huán)境的影響。所使用的生物標(biāo)志物組合可用于檢測(cè)腫瘤相關(guān)的基質(zhì)成分和腫瘤浸潤(rùn)淋巴細(xì)胞（TIL）、血管生成、腫瘤轉(zhuǎn)移、侵襲、炎癥、缺氧、代謝和免疫反應(yīng)。我們發(fā)現(xiàn)這些異質(zhì)性作用經(jīng)常都是相互影響的。例如，腫瘤內(nèi)一些分區(qū)會(huì)適應(yīng)缺氧條件并因此導(dǎo)致區(qū)域內(nèi)絕大多數(shù)細(xì)胞增殖失控。另外，這些缺氧區(qū)域缺乏免疫細(xì)胞。超多標(biāo)組織全玻片成像支持對(duì)腫瘤微環(huán)境中的細(xì)胞活動(dòng)進(jìn)行空間分辨組織分析，包括對(duì)細(xì)胞間相互作用和組織免疫狀態(tài)的研究獲得全新的認(rèn)識(shí)。

在本研究中，使用商業(yè)來(lái)源（Pantomics）獲得的胰腺導(dǎo)管腺癌的FFPE樣本?？贵w經(jīng)過(guò)了嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)驗(yàn)證過(guò)程（Gerdes等，2013）以確?？贵w的結(jié)合性能類似于組織一抗/二抗間接標(biāo)記。本研究中使用了不同供應(yīng)商提供的三十個(gè)生物標(biāo)志物，均作為商業(yè)偶聯(lián)抗體或者自行偶聯(lián)。使用Leica Bond（徠卡生物系統(tǒng)）對(duì)玻片進(jìn)行循環(huán)染色；在Cell DIVE上使用四通道+DAPI成像玻片，并對(duì)圖像進(jìn)行自動(dòng)化自發(fā)熒光移除、校正和拼接。使用徠卡顯微系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的zhuan li軟件拼接圖像進(jìn)行導(dǎo)入、融合、可視化和分析。該軟件將于2023年上半年上市。

使用Cell DIVE超多標(biāo)組織成像分析整體解決方案，用30個(gè)生物標(biāo)志物循環(huán)染色了一個(gè)PDAC FFPE切片，確定侵襲性腫瘤細(xì)胞的空間狀態(tài)。本研究中使用的標(biāo)志物在空間上確定了腫瘤內(nèi)的代謝和缺氧、凋亡、上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化和免疫細(xì)胞狀態(tài)（圖1 A）。在使用全套30個(gè)生物標(biāo)志物進(jìn)行細(xì)胞分割后，一小部分生物標(biāo)志物被用來(lái)對(duì)腫瘤的異質(zhì)區(qū)域進(jìn)行分類和空間表征（圖1B）。具體來(lái)說(shuō)，缺氧標(biāo)志物Glut1和兩個(gè)PanCK生物標(biāo)志物區(qū)分出了葡萄糖攝取量增加的癌細(xì)胞，這是一個(gè)癌癥標(biāo)志。通過(guò)這種方式，將腫瘤中侵襲性較強(qiáng)區(qū)域的細(xì)胞類型與侵襲性較弱區(qū)域或正常組織的細(xì)胞分開(kāi)分析，可以減少異質(zhì)性。量化各區(qū)域的免疫貢獻(xiàn)，常氧腫瘤和正常胰腺與缺氧腫瘤區(qū)域相比，缺氧區(qū)域的淋巴細(xì)胞和其他免疫細(xì)胞總體減少，盡管所有區(qū)域的細(xì)胞總數(shù)接近（圖1D）并顯示了代表性的表型圖像（圖1D底部）。

通過(guò)聚類分析無(wú)偏差性的確定了細(xì)胞亞群。聚類分析和降維顯示，與其他區(qū)域相比，缺氧腫瘤區(qū)域的該細(xì)胞群體較少（圖2）。與基于表型的免疫細(xì)胞計(jì)數(shù)類似，在缺氧腫瘤區(qū)域存在極少的淋巴細(xì)胞（圖2C聚類和UMAP）。有趣的是，幾個(gè)聚類顯示了具有明顯膠原沉積的癌癥相關(guān)成纖維細(xì)胞（CAFs）群體（圖2C；橙色方框）。此外，對(duì)空間聚類關(guān)系的分析清楚地確定了與CAF（腫瘤相關(guān)成纖維細(xì)胞）在同一空間鄰域中常見(jiàn)的細(xì)胞類型（圖2C；鄰域圖）。例如，聚類5（SMA+基質(zhì)集群）和聚類8（免疫細(xì)胞；CD45+，膠原蛋白+）是聚類16（SMA+膠原蛋白+；ClAP1+）的共同鄰居，表明炎癥和腫瘤導(dǎo)致的結(jié)締組織增生通常與PDAC患者的不良生存結(jié)果有關(guān)²。