【Nature Aging】南京医科大学王美林/杜牧龙团队成果,时空组学测序技术识别早发性与晚发性前列腺癌的不同微环境和进展特征
- 2026-05-01 03:04:24
【Nature Aging】南京医科大学王美林/杜牧龙团队成果,时空组学测序技术识别早发性与晚发性前列腺癌的不同微环境和进展特征导读 早发性前列腺癌（EOPC，≤55岁诊断）与晚发性前列腺癌（LOPC）在临床和病理特征上存在显著差异，这些差异可能源于年龄相关的激素水平（尤其是雄激素）和免疫活性变化。 尽管EOPC在前列腺特异性抗原（PSA）筛查普及后发病率不成比例上升，且年轻患者预后更差，但其与LOPC在生物学机制上的区别尚未充分研究。 相较于传统的大量组织测序，单细胞RNA测序（scRNA-seq）和空间转录组测序（ST-seq）显著提升了对前列腺癌（PCa）肿瘤异质性、克隆进化、免疫微环境及细胞间相互作用的理解，尤其在去势抵抗性前列腺癌（CRPC）中已有初步应用。 然而，目前仍缺乏在单细胞分辨率下对早发性（EOPC）与晚发性前列腺癌（LOPC）之间差异的系统研究，且ST-seq尚未用于解析PCa年龄相关的空间异质性。 
在EOPC中：AR-MP高度激活的肿瘤细胞被APOE+肿瘤相关巨噬细胞浸润，可能促进肿瘤进展并抑制免疫；在LOPC中：AR-MP下调，伴随上皮-间质转化（EMT）增强、炎性癌相关成纤维细胞（iCAF）富集，并与去势抵抗及吸烟相关。 基于上，作者提出应采取年龄特异性精准干预策略：针对年轻患者，靶向AR通路和肿瘤相关巨噬细胞；针对老年患者，聚焦抑制EMT和调控炎性CAFs。 
1. EOPC与LOPC的不同TME景观特征 本研究对4例早发性（EOPC）和6例晚发性前列腺癌（LOPC）样本进行了单细胞RNA测序，经质控和去除双联体后共获得63,763个高质量细胞。两组临床特征均衡，通过两种聚类算法和经典标记基因，将细胞注释为八种主要类型：上皮细胞、T细胞、B细胞、髓样细胞、肥大细胞、内皮细胞、平滑肌细胞（SMC）和成纤维细胞。分析显示，EOPC中免疫细胞（如T细胞和髓样细胞）比例较高，而LOPC中上皮细胞和成纤维细胞更丰富。进一步结合加标实验和inferCNV算法推断拷贝数变异（CNV），将上皮细胞细分为恶性、正常和其他上皮三类。恶性上皮呈现管腔亚型特征，其他上皮具基底特征，而“正常”上皮高表达泛白细胞标志物PTPRC，提示存在免疫细胞污染，因此被排除于后续分析。该混合亚群可能源于批次效应校正过程或跨谱系标记共表达的细胞。 
图1| 10例前列腺癌患者的细胞景观 通过空间转录组分析（EOPC 4 和LOPC 3 样本），结合去卷积和标记验证，发现：EOPC中髓样细胞特异性浸润至特定恶性上皮亚簇（癌-2、癌-3），表明其与肿瘤细胞在空间上紧密共存；LOPC中成纤维细胞主要分布于恶性上皮边缘，符合EMT驱动的侵袭模式。 
图2| EOPC与LOPC的不同细胞景观 进一步整合英国生物样本库GWAS数据与单细胞疾病相关性评分（scDRS），构建了EOPC和LOPC特异性基因集（EOPC_gs和LOPC_gs）。IHC验证显示：EOPC样本中缺氧标志物（如NDRG1）、髓样细胞标志物（CD68）和脂质代谢酶（脂肪酸合酶）蛋白水平显著升高，支持EOPC以雄激素驱动、缺氧、髓系浸润和脂质代谢重编程为特征，而LOPC则以EMT和基质重塑为主导。 综上，该研究通过多组学整合，系统描绘了EOPC与LOPC在转录、空间分布和遗传背景上的显著异质性，为年龄分层的精准治疗提供了分子依据。 本研究利用非负矩阵分解（NMF）从单细胞转录组数据中提取出53个转录程序，并聚类为6个功能元程序，包括雄激素反应元程序（AR-MP）、免疫反应、细胞周期、核糖体、应激反应和攻击性元程序。分析显示，早发性前列腺癌（EOPC），而晚发性前列腺癌（LOPC）。在包含1471例患者的队列中，EOPC整体AR-MP表达显著更高，IHC验证了其关键蛋白（KLK3、NPY、ERp60/PDIA3）在EOPC中上调。AR-MP的前100个枢纽基因富集于雄激素信号、缺氧、脂质代谢重编程（LMR）和蛋白质加工通路，提示EOPC存在以AR-MP激活为核心的特殊微环境。基于AUCell评分（阈值0.40），恶性上皮被分为AR-MP_On和AR-MP_Off亚型。前者呈管腔A/B样、高分化、高HER2/ErbB信号；后者具基底样、干性强（mRNAsi高）、低分化特征，对应间充质样（MSPC）或神经内分泌（NEPC）亚型。AR-MP_On细胞中ErbB家族（EGFR/ERBB1–4）全面过表达，激活PI3K-Akt、MAPK和JAK-STAT通路，协同增强雄激素受体稳定性与肿瘤增殖。 
图3| AR-MP在EOPC和LOPC表达特征图谱比较 全转录组分析证实AR-MP评分与ARPC正相关，与MSPC/NEPC负相关，且ARPC随年龄上升，在EOPC中显著更高。此外，AR-MP_On细胞表现出缺氧激活、脂质代谢增强（脂肪酸合成/氧化、鞘脂代谢）及葡萄糖代谢抑制，scFEA代谢通量分析在单细胞和整体水平均支持脂肪酸富集。 空间转录组进一步揭示：在EOPC中，髓样细胞浸润的恶性簇（癌-2/3），提示髓系细胞可能促进AR-MP激活。 综上，AR-MP是驱动EOPC特异性生物学行为的核心转录特征，为年龄分层精准治疗提供关键靶点。 本研究将髓系细胞细分为13个亚型，发现巨噬细胞在早发性前列腺癌（EOPC）中显著富集，尤其是具有M2和髓源性抑制细胞（MDSC）特征的APOE⁺巨噬细胞（Macro_APOE）。该亚型高表达APOE、SPP1、CD163和CD84，脂质代谢（如脂肪酸降解、胆固醇代谢）高度活跃，并与AR-MP激活、不良预后显著相关。 
图4| APOE+TAM促进EOPC的肿瘤进展 空间和蛋白水平验证显示Macro_APOE浸润肿瘤实质，数量与KLK3表达正相关。其通过FN1-整合素和EREG-EGFR等配体-受体对特异性激活AR-MP_On肿瘤细胞，促进ErbB依赖性进展。同时，Macro_APOE削弱CD86-CD28共刺激信号，增强Treg介导的免疫抑制，塑造EOPC特有的免疫抑制微环境，推动肿瘤进展。 本研究聚焦于晚发性前列腺癌（LOPC）中AR-MP下调所伴随的独特肿瘤微环境（TME）特征。除免疫和上皮细胞外，研究将平滑肌细胞和成纤维细胞细分为7个亚型，重点识别出炎性癌相关成纤维细胞（iCAF，PDGFRA⁺/FAP⁺）和肌纤维母细胞型CAF（myCAF）。 
图5| CAFs下调LOPC中的AR-MP 通过NicheNet配体-靶基因预测分析发现，骨形态发生蛋白（BMP5/7/4）在iCAF中高表达，能通过BMP受体（BMPR）-SMAD通路显著抑制AR-MP相关基因。这些BMPs在LOPC中富集，与AR-MP水平呈负相关。空间转录组显示，LOPC中位于肿瘤边缘、被成纤维细胞包围的癌-2簇周围CAF高表达BMPs；多重免疫荧光（mIF）进一步证实LOPC中iCAF与恶性上皮细胞间存在显著的BMP-BMPR空间互作，而EOPC中该互作较弱。结果表明，iCAF通过分泌BMPs抑制AR信号，驱动LOPC中非典型、去势抵抗样肿瘤表型。 本研究通过整合9个批量数据集的荟萃分析，证实炎性癌相关成纤维细胞（iCAF）在晚发性前列腺癌（LOPC）中显著富集。LOPC的恶性上皮细胞呈现AR-MP下调和EMT通路过度激活，且EMT评分与AR-MP呈负相关，而与BMPs（BMP4/5/7）及iCAF亚型呈正相关。多重免疫荧光（mIF）进一步在蛋白水平验证了LOPC中EMT标志物的表达变化：上皮标志物（CDH1、KRT8）减少，间质标志物（VIM、MMP7）增加，支持其侵袭性表型。值得注意的是，吸烟史与EMT激活及BMP介导的AR信号抑制显著相关，提示环境因素可加剧这一生物学过程。 
图6| iCAFs与AR-MP和LOPC中PCa进展的相关性 临床分析显示，iCAF评分在致死性前列腺癌中升高，高iCAF或高BMP4/5表达均与患者较差的总生存率相关。更重要的是，在去势抵抗性前列腺癌（CRPC）中，AR-MP显著抑制，而iCAF富集于肿瘤微环境中，提示iCAF可能通过抑制AR信号促进预先存在的CRPC表型。机制上，iCAF高表达BMPs，通过BMPR-SMAD通路下调AR-MP并驱动EMT，从而推动肿瘤向去势抵抗和间质样状态转化。 此外，iCAF展现出显著的细胞衰老特征，包括细胞周期停滞、DNA损伤反应、抗凋亡及衰老相关分泌表型（SASP）基因上调。体外培养的LOPC来源CAFs也高表达iCAF和衰老相关蛋白，支持其衰老驱动的促瘤功能。 综上，LOPC中衰老相关的iCAF通过分泌BMPs，以SMAD依赖方式抑制AR-MP、激活EMT，促进CRPC样进展和不良预后，为靶向iCAF-BMP-EMT轴提供新的治疗思路。 为验证关键细胞亚群在早发性（EOPC）与晚发性前列腺癌（LOPC）中的差异，研究团队通过流式细胞术确认：Macro_APOE（CD68⁺APOE⁺）在EOPC免疫细胞中显著富集，而iCAF（CD326⁻PDPN⁺）在LOPC非免疫基质中高度富集。随后，在包含5例EOPC和5例LOPC的独立验证队列（含scRNA-seq和ST-seq）中，细胞类型注释、空间分布及功能特征均与发现队列高度一致：EOPC以AR-MP_high恶性上皮、缺氧、ErbB激活及脂质代谢为特征，并与髓样细胞共定位；LOPC则表现为AR-MP_low、EMT激活，并与高表达BMP的iCAF_APOD共存，后者与EMT程度正相关，且具明显细胞衰老特征。 
图7| 验证EOPC和LOPC之间的异质性 为评估年龄对治疗反应的影响，研究建立年轻（8月龄）与老年（16月龄）C57BL/6小鼠原位RM-1肿瘤模型并施加雄激素剥夺治疗（ADT）。结果显示：ADT显著抑制年轻小鼠肿瘤生长，但对老年小鼠效果有限，后者精囊更易被肿瘤浸润。分子层面，EOPC小鼠肿瘤高表达KLK3、NPY、PDIA3、NDRG1及脂肪酸合成酶，EMT水平较低；ADT可削弱这些差异。此外，ADT主要诱导iCAF浸润增加（尤其在年轻小鼠），而对Macro_APOE影响较小。多重免疫荧光进一步证实：EOPC富集具M2（CD163⁺）和脂质代谢（CD36⁺）特征的Macro_APOE，LOPC则显示BMP4与BMPR1B共定位的iCAF。老年小鼠来源的CAFs亦高表达iCAF及衰老相关蛋白，支持其促瘤作用。 研究结论： 1.EOPC以AR-MP高激活、脂质代谢重编程和缺氧微环境为特征。 【Nat Biotechnol】时空多组学解析人类视网膜类器官发育的多模态“高清动态3D地图” 【Cell Genom】南京医科大学沈洪兵/马红霞团队重磅成果：构建最大规模人肺组织单细胞eQTL图谱，揭示肺癌遗传易感性的细胞特异性调控机制 【Genome Med】南京大学附属鼓楼医院徐运教授团队成果，首次报道缺血性脑卒中单细胞和空间信息揭示细胞亚群以及空间功能特征 【Nat Commun】 中国医学科学院龙尔平团队合作建立人类肺组织单细胞多组学图谱并定位肺癌遗传易感靶点 【Drug Resist Updat】南方医科大学泌尿外科谭万龙团队成果，单细胞转录组发现组蛋白乳酸化调控膀胱癌耐药新机制 【J Exp Clin Cancer Res】首都医科大学张亚卓团队成果，单细胞和空间转录组学揭示垂体神经内分泌肿瘤侵袭通讯机制 【Nat Commun】山东第一医科大学张福仁和刘红团队成果，大疱性类天疱疮单细胞转录组学分析揭示2型炎症性疾病中的免疫基质串扰 【Science】上海交通大学医学院附属仁济医院风湿科沈南团队多组学创新技术分析成果，系统性红斑狼疮致病关键调控因子 【Nature】肺泡再生机制：空间转录组和单细胞技术发现肺单细胞图谱，或为治疗肺癌和新冠肺炎的终极方案？ 针对医生/科研人员/硕博士学生研究人员提供临床实验和患者招募、不同疾病全国内多中心队列样本搜集、省基金和国科金申请咨询、CNS文章实验方案沟通、同行业专家文章合作、最新临床技术指南分享、国际疾病研究进展、科研成果发布、专利申请和转化、投融资对接等，为医生临床药物和实验启动，科研实验项目、基金申请和成果转化提供资源便利。 针对患者/家属/家长提供专家门诊信息、挂号预约、临床用药、基因检测问诊、临床实验入组、招募入组，为患者提供便利、节省看病费用和时间、对称用药信息、预后生活质量管理等，延长生命和改善生活质量。 针对企业/厂商/公司提供新技术介绍、专家和临床资源整合、临床药物和实验启动、重大成果转化宣传、终端客户市场对接、科研和临床资源赋能，为厂商和科技公司节省费用开支、构建销售网络、扩大规模和市场提供平台资源以及深度赋能。 针对不同疾病【心内科、骨科、神经内科、肿瘤科、普外科、血液科、儿科、皮肤科、感染科疾病等】设置【药物临床试验、创新医疗器械成果、患者招募、重大成果发布、手术指南发布】。 不同研究方向设置【药物临床试验、医疗器械创新、微生物、肿瘤、免疫、心脑血管、感染疾病、基因编辑、测序技术等】。 不同组学研究技术设置【创新医疗器械、药物实验、微生物、表观遗传、单细胞、空间组学、外泌体、代谢组、蛋白组、免疫组、多组学】。 临床实验启动、药物实验开展、患者招募、创新技术启动、大学科研机构介绍、医院口碑、科室亚专科技能、学术排名、重大新闻发布、课题组团队招聘、文章成果宣传、专利转化、投融资对接等，投稿、合作、转载授权事宜，请扫码联系。 温馨提示： 如果您是患者/家属/家长，进群请备注（如疾病信息+对接专家+姓名+具体诉求）； 如果您是医生/科研人员/硕博士学生，进群请备注（如单位+专家职称+姓名+目标需求）； 如果是厂商/企业/公司，进群请备注（如公司+职称抬头+姓名+目标效果）。 可先扫码加小编微信号，或者是长按二维码添加小编后再进相关的群，非诚勿扰。 
针对以上科学问题，2025年4月10日，南京医科大学王美林团队在《Nature Aging》杂志（IF = 19.5）在线发表了题为“Single-cell and spatial RNA sequencing identify divergent microenvironments and progression signatures in early- versus late-onset prostate cancer”的研究论文。
本研究整合scRNA-seq、ST-seq及超过3,000例PCa的大规模转录组数据，首次系统揭示了EOPC与LOPC在肿瘤微环境（TME）上的独特特征，为实现年龄特异性的精准治疗提供了重要依据。
本研究发现雄激素反应相关转录程序（AR-MP）是驱动肿瘤细胞及其微环境年龄异质性的关键因素：
方案设计&流程
主要内容&结果
2.恶性上皮细胞中与肿瘤相关的转录标记
3.APOE+肿瘤相关巨噬细胞促进EOPC肿瘤进展
4.炎性癌相关成纤维细胞通过下调AR-MP促进LOPC进展
5.EOPC和LOPC之间差异TME的验证
研究意义&总结
2.LOPC中iCAF通过BMP-SMAD通路抑制AR-MP，促进EMT和去势抵抗。
3.APOE⁺巨噬细胞在EOPC中浸润AR-MP⁺肿瘤细胞，驱动免疫抑制与进展。
研究意义:
1.揭示EOPC与LOPC的分子与微环境异质性，支持年龄分层诊疗。
2.为EOPC提供靶向AR-MP和APOE⁺巨噬细胞的新治疗策略。
3.为LOPC提出干预iCAF-BMP-EMT轴以克服去势抵抗的潜在方向。
【Ann Rheum Dis】上海长征医院徐沪济刘耀阳团队单细胞测序研究发现IL-4介导无能B细胞激活自身免疫导致系统性红斑狼疮
联系&合作
“循证转化医学”定位于精准医学和健康行业专业服务媒体，聚焦国民国家生命、健康、医疗战略需要，整合汇集患者、医生、技术资源，为不同人群提供资源和平台赋能。以“加速科学研究循证，推进科技成果转化“为使命；以“保障人民健康生活，造福人类生命健康”为目标。
为患者和人民遴选全球可靠稳定的服务和技术；为研究者提供有价值的内容，涵盖创新技术、创新方法、创新工具；为企业家和厂商提供优质的资源平台。
Driving innovation for better life！
本文来自网友投稿或网络内容，如有侵犯您的权益请联系我们删除，联系邮箱：wyl860211@qq.com 。
