IGHG1+恶性上皮细胞与myCAF之间的相互作用通过MIF-CD74/APP-CD74途径促进非小细胞肺癌（NSCLC）的早期脑转移：这一机制通过原发肿瘤与脑转移的单细胞及空间转录组学研究得以阐明

《Cancer Letters》：IGHG1+ Malignant Epithelial Cell-myCAF Crosstalk via MIF-CD74/APP-CD74 Drives Early Brain Metastasis in NSCLC: Delineated via Primary Tumor-Brain Metastasis Single-cell and Spatial Transcriptomics

早期非小细胞肺癌脑转移机制研究利用空间多组学技术，发现IGHG1+恶性上皮细胞与肌成纤维细胞相关纤维母细胞通过MIF-CD74轴相互作用，CD74高表达是脑转移独立预测因子，靶向治疗显示潜力。

杨丽颖|杨浩|赵淼清|文银辉|吴莉|陈倩辉|曹芳涵|赵一敏|叶杜明|袁美成|于金明|孙晓蓉|邢立刚

山东大学癌症中心，山东大学，济南，山东，中国

摘要

本研究利用空间多组学技术探讨非小细胞肺癌（NSCLC）早期脑转移的机制，开发预测模型，并识别潜在的治疗靶点。我们对53名NSCLC患者（I-IV期）的石蜡样本进行了回顾性分析，包括正常肺组织（NL）、有/无脑转移的原发肿瘤（PT_NBrM/PT_BrM）、脑转移（BrM）和正常脑组织。通过整合单核RNA测序、GeoMx DSP和CosMx SMI、Augur、伪时间和空间通信分析，识别出关键细胞和分子。ROC和生存分析评估了预测性能。从治疗靶点数据库中筛选出潜在的预防靶点。snRNA-seq结果显示，IGHG1⁺恶性上皮细胞（MEC）代表了PT_BrM上皮的终末分化状态，在EMT通路中显著富集。这些细胞对生物扰动有独特反应（NL→PT_BrM vs NL→PT_NBrM，0.596 vs 0.000，P=0.002）。空间转录组学进一步表明，IGHG1⁺ MEC主要位于PT_BrM的侵袭前沿，与肌成纤维细胞相关纤维母细胞（myCAF）共定位（r=0.900）。多组学研究显示IGHG1⁺ MEC与myCAF在PT_BrM边缘通过MIF-CD74/APP-CD74轴存在双向相互作用，这一机制在临床和体外实验中均得到验证。边缘高CD74表达是脑转移的独立预测因子（AUC=0.776；HR=5.495），与更短的脑转移无生存期相关（37个月 vs 60个月，P<0001）。体内研究表明，针对CD74的候选药物多柔比星和米拉鲁单抗具有抑制EMT的倾向。IGHG1⁺ MEC与myCAF共同塑造促转移微环境，MIF-CD74/APP-CD74相互作用网络是NSCLC脑转移的驱动因素。针对CD74的疗法显示出良好的临床潜力。

引言

非小细胞肺癌（NSCLC）具有较高的脑转移倾向，初始诊断时约30%的患者会出现脑转移，疾病进展过程中这一比例上升至60% [1]。虽然程序性细胞死亡蛋白1/程序性死亡配体1抑制剂和酪氨酸激酶抑制剂对脑转移有一定疗效 [2]，[3]，[4]，[5]，[6]，但5年生存率仍低于5% [7]，这凸显了理解转移机制和开发改进疗法的迫切需求。

脑转移是一个多步骤过程，涉及原发肿瘤侵袭、循环传播和远处定植 [8]。当前研究存在显著局限性。在原发肿瘤部位，仅发现CD44⁺肺癌干细胞衍生的周细胞样细胞通过GPR124增强跨内皮迁移促进脑转移 [9]，而临床样本仅表明RAC1过表达与脑转移有关 [10]。循环阶段的机制尚不完全清楚，临床观察显示肿瘤衍生的IL-6可能介导外周免疫抑制 [11]。在脑病变中，基础研究揭示了Noggin [12]和cGAMP [13]的作用，基因组学研究证实脑转移具有较高的突变负担，但突变特征相似 [14]，[15]，[16]，[17]，[18]，[19]，[20]，关于具体突变和机制仍存在争议 [15]，[20]，[21]，[22]，[23]。尽管单细胞测序发现了肿瘤细胞重编程 [24]和免疫微环境失衡 [24]，[25]，[26]，[27]，[28]，[29]，但由于缺乏空间信息，无法进行蛋白质组学验证 [15]，[16]，[17]，[30]，[31]，[32]，[33]。最关键的是，原发肿瘤促进脑转移的具体机制仍不清楚。

空间转录组学能够实现精确的原位RNA定量、细胞定位以及肿瘤微环境中细胞间相互作用的分析 [34]，[35]，[36]。在肝细胞癌、结直肠癌、膀胱癌和黑色素瘤中的初步研究表明，受损肝细胞与侵袭前沿的肿瘤/免疫细胞 [37]、肿瘤内纤维母细胞与免疫和/或人类淋巴内皮细胞 [38]，[39]，以及肿瘤细胞与免疫细胞 [35] 之间的相互作用驱动肿瘤侵袭、转移或免疫逃逸。值得注意的是，尽管研究已确定侵袭边缘的纤维化基因上调 [36]和神经元样癌细胞表型 [34]对NSCLC的转移定植至关重要，但转移前事件仍知之甚少，目前缺乏有/无后续脑转移的原发肿瘤之间的比较分析。

本研究整合了单细胞和空间转录组学，系统分析了原发肺肿瘤和脑转移中肿瘤细胞与特定细胞群的相互作用，建立了脑转移的预测模型，并识别出潜在的治疗靶点。这些发现可能为高风险脑转移患者的精准治疗提供依据。

患者队列和样本收集

我们回顾性地纳入了2019年6月至2023年11月在山东癌症医院接受治疗的48名NSCLC患者，进行了包括snRNA-seq（n=10）、DSP（n=48）、SMI（n=6）和多重免疫荧光（n=31）的全面分析。

纳入标准为：（1）在指定期间在我院组织学确诊为原发性NSCLC（I-IV期）；（2）接受过原发肺病变或脑转移手术的患者

研究设计和队列概述

为了全面分析NSCLC脑转移的发展和进展相关的原发和转移生态位，我们对10名未经治疗的NSCLC患者的12个样本进行了单核RNA测序（snRNA-seq）（补充表1和2）。样本包括正常肺组织（NL）、五年内无脑转移的原发肿瘤（PT_NBrM）、五年内有脑转移的原发肿瘤（PT_BrM）、脑转移（BrM）和正常脑组织

讨论

本研究通过空间多组学联合分析（图7）系统分析了NSCLC脑转移的生态位特征。主要发现是IGHG1⁺ MEC代表一种脑转移特异性的亚群。这些细胞在原发肿瘤中处于终末分化状态，随后发展为脑转移，在与上皮间质转化（EMT）、缺氧和免疫逃逸相关的通路中显著富集。

结论

总之，本研究确立了IGHG1⁺ MEC - myCAF相互作用轴作为NSCLC脑转移的关键驱动力，揭示了肿瘤可塑性和微环境重塑的耦合机制。建立的空间多组学框架不仅识别了新的治疗靶点，还为其他类型癌症的转移研究提供了范例。针对这一信号轴有望改善高风险NSCLC患者的预后

数据可用性声明

本研究生成的数据集（包括去标识化的个体数据）可向通讯作者索取，联系方式为[e-mail]（邢立刚），但不允许商业用途。所有请求将在两周内由通讯作者审核。数据共享前需签署数据访问协议。

伦理声明

本研究涉及人类样本和动物实验，已获得山东癌症医院机构审查委员会（和动物伦理委员会）的批准（批准编号SDTHEC2021003100）。所有程序均符合相关机构指南和伦理标准。

CRediT作者贡献声明

赵一敏：正式分析、数据管理。叶杜明：正式分析、数据管理。袁美成：正式分析、数据管理。于金明：撰写 - 审稿与编辑、验证、监督、资金获取。杨丽颖：撰写 - 审稿与编辑、撰写 - 初稿、验证、软件使用、方法学、研究设计、正式分析、数据管理、概念构建。孙晓蓉：撰写 - 审稿与编辑、验证、监督、资金获取。杨浩：方法学研究

利益冲突

作者声明没有已知的可能影响本文工作的竞争性财务利益或个人关系。

资助

本研究得到了国家自然科学基金（82172866、82373424、82030082）、非传染性疾病-国家科技重大专项（2024ZD0525900）、山东省自然科学基金（ZR2023ZD26）和非传染性疾病-国家科技重大专项、山东省科技厅（2021CXGC011102）以及山东省重点研发计划的资助

利益冲突声明

作者声明没有已知的可能影响本文工作的竞争性财务利益或个人关系。

致谢

我们衷心感谢山东PhenoScience Biotechnology有限公司对本研究的支持。