Cell丨组织透明化结合单细胞空间转录组技术揭示胰腺癌恶性转化过程和机制

胰腺癌恶性转化的早期细胞事件与微环境重塑机制仍不清晰，常规切片和单细胞测序难以保留原位空间结构，无法还原癌前演进的真实组织动态。

近日，纪念斯隆-凯特琳癌症中心团队在Cell发表题为《Oncogenic and tumor-suppressive forces converge on a progenitor niche at the benign-to-malignant transition》研究，整合组织透明化smFISH、单细胞与空间转录组技术，系统解析胰腺癌良性恶性转化过程。研究明确类祖细胞是恶性转化的核心中间体，并阐明KRAS与p53信号对该细胞及其微环境的双向调控作用。

一、缺失追踪与恶性转化中间体的鉴定

研究采用KPLOH小鼠模型示踪p53自发杂合性缺失，结合单细胞转录组分析细胞状态演进。研究显示，癌前病变中存在转录谱接近胰腺导管腺癌的类祖细胞，这类细胞在p53缺失后发生基因组不稳定并向恶性转化。组织透明化smFISH清晰显示稀有类祖细胞在腺体中的原位分布，为识别关键恶性前体细胞提供了形态学依据。

图1 捕捉从癌前病变到恶性病变过程中p53的自发性缺失

二、致癌与抑癌信号在类祖细胞中特异性汇聚

研究发现，癌基因与抑癌通路的拮抗作用集中发生于类祖细胞。研究证实，该细胞同时高活化KRAS致癌信号与p53、CDKN2A、SMAD4抑癌信号，并高表达衰老相关基因。组织透明化成像直观展示p53下游效应基因与类祖细胞标记基因的共定位关系，为信号通路的细胞特异性提供空间层面的直接证据。

三、类祖细胞主导类癌微环境的原位组装

借助组织透明化与空间转录组，研究解析微环境的连续构建过程。研究显示，类祖细胞通过基质重塑和免疫细胞招募，在良性阶段即形成包含活化肌成纤维细胞与免疫抑制性巨噬细胞的类癌微环境。基于微环境伪时间的分析显示，该结构随上皮可塑性逐步成熟，在细胞组成与炎症程序上均接近胰腺癌微环境。

图2 前恶性上皮组织中的转录状态与形态学状态发生协同变化

图3 通过持续的细胞与分子重塑事件实现前体细胞生态位的组装

四、p53通过清除类祖细胞维持组织稳态

p53是限制类祖细胞持续存在的核心因子。研究结果表明，p53通过激活周期阻滞、凋亡与衰老程序促进类祖细胞清除，进而使微环境解体。p53被抑制后，类祖细胞持续扩增并发生上皮间质转化，微环境大范围扩张并形成免疫豁免区域，组织透明化清晰呈现微环境扩张的空间形态变化。

图4 p53基因敲低在癌前胰腺中的结局

五、KRAS信号是维持类祖细胞与微环境的必需条件

KRAS持续信号是类祖细胞存活的关键。研究显示，短期抑制KRASG12D可选择性诱导类祖细胞凋亡，并使特征性基质与免疫组分快速丢失。在体实验证实，癌前阶段短期KRAS抑制即可显著延迟胰腺癌发生，提示类祖细胞及其微环境可作为早期干预靶点。

图5 急性致癌性KRAS抑制在癌前胰腺中的结局

六、类祖细胞微环境特征在人类组织中保守存在

该调控机制在人胰腺病变组织中得到验证。研究显示，人慢性胰腺炎及癌旁组织中存在KRT17阳性基底样细胞，其周围形成纤维化增强、免疫抑制性的微环境，结构与小鼠类祖细胞微环境高度一致，证明该细胞与微环境单元具有跨物种保守性和潜在临床相关性。

图6 人类慢性胰腺炎样本中存在祖细胞微环境的特征

总结

研究依托组织透明化的原位成像优势，在完整组织层面揭示胰腺癌良性恶性转化的细胞与微环境机制，确定类祖细胞是恶性转化的核心细胞，阐明KRAS与p53通过调控该细胞及其微环境决定病变走向。研究证实早期靶向类祖细胞微环境可阻断肿瘤恶性进展，为胰腺癌早期预警和干预提供了清晰完整的理论依据。