摘要

背景

中性粒細胞胞外陷阱（NETs）會促進肝細胞癌（HCC）的進展，但其上游的細胞組織者以及易產(chǎn)生NETs的微環(huán)境的組織病理學(xué)相關(guān)性仍不明確。我們的目標(biāo)是建立一個從病理學(xué)到單細胞的框架，以便（i）從常規(guī)的全切片圖像（WSI）中量化與NETs相關(guān)的風(fēng)險，（ii）確定潛在的組織者細胞和機制，重點關(guān)注SPP1⁺ M2巨噬細胞。

方法

我們整合了WSI、批量轉(zhuǎn)錄組學(xué)、單細胞RNA-seq、空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)和種系關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)。通過基因集評分來量化NETs的活性，并將其與WSI衍生的形態(tài)特征（如紋理、基質(zhì)邊界破壞和腫瘤-基質(zhì)界面復(fù)雜性）對齊，利用正則化特征選擇和生存機器學(xué)習(xí)來訓(xùn)練和驗證預(yù)測模型。構(gòu)建了一個包含26,928個細胞的單細胞圖譜，以標(biāo)注巨噬細胞狀態(tài)和中性粒細胞亞群，隨后通過軌跡推斷來模擬巨噬細胞的極化動態(tài)。通過配體-受體共表達網(wǎng)絡(luò)評估細胞間通訊，并使用多種方法富集和通量估計來推斷信號通路/代謝程序。通過反卷積和空間相互作用建模來評估空間共定位和鄰域效應(yīng)。最后，通過基于網(wǎng)絡(luò)的靶點優(yōu)先級排序來突出可藥物作用的節(jié)點和潛在的干預(yù)途徑。

結(jié)果

從WSI衍生的NETs風(fēng)險評分在訓(xùn)練和驗證隊列中區(qū)分了總體生存情況（HR約為8.48和約6.44；AUC＞0.78）。多組學(xué)整合將SPP1確定為中心樞紐。SPP1⁺ M2巨噬細胞和NETs⁺中性粒細胞優(yōu)先定位于腫瘤-基質(zhì)界面，在那里推斷出的通訊集中在OPN(SPP1)–CD44/整合素和ICAM1–β2-整合素軸上，下游涉及FAK–PI3K–Akt和NF-κB/MAPK信號通路。代謝推斷表明SPP1⁺ M2巨噬細胞和NETs⁺中性粒細胞具有共同的缺氧/糖酵解–乳酸–谷胱甘肽/抗氧化程序，這與NETs生成友好的微環(huán)境一致。種系映射顯示SPP1⁺ M2程序存在拮抗性關(guān)聯(lián)模式。網(wǎng)絡(luò)優(yōu)先級排序突出了SRC、AKT1和CEBPB以及包括ECM–受體相互作用、FAK/PI3K–Akt、MAPK和TNF/IL-17在內(nèi)的通路。

結(jié)論

我們的框架將常規(guī)病理形態(tài)與NETs活性聯(lián)系起來，并將SPP1⁺ M2巨噬細胞確定為HCC中易產(chǎn)生NETs的高風(fēng)險微環(huán)境的潛在組織者。重要的是，所提出的巨噬細胞–NETs軸得到了多組學(xué)/空間證據(jù)的支持，但主要基于關(guān)聯(lián)性和推斷，而非確定的因果關(guān)系。未來的工作應(yīng)包括功能驗證（例如巨噬細胞–中性粒細胞共培養(yǎng)NETs生成實驗、SPP1/CD44/整合素或ICAM1–ITGB2的干擾研究以及體內(nèi)耗竭/阻斷研究）、前瞻性的多中心評估WSI風(fēng)險評分，以及測試這一軸是否適用于其他癌癥類型或僅限于肝臟。這些結(jié)果提供了一種基于定量病理學(xué)的風(fēng)險分層方法，并為一組具有生物學(xué)合理性的、可靶向的信號通路和代謝節(jié)點提供了治療探索的依據(jù)。