《MedComm》：Single-Cell and Spatial Transcriptomics Uncover Immune Dynamics and Cellular Heterogeneity in Benign Prostatic Hyperplasia and Prostate Cancer Transition
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前列腺癌（PCa）常伴发良性前列腺增生（BPH），因此亟需重新评估二者在肿瘤风险、恶性进展及免疫状态层面的关联，以优化PCa的早期诊断与治疗策略。本研究整合单细胞RNA测序（scRNA-seq）与空间转录组学（STM）技术，系统解析正常前列腺组织、BPH及PC
前列腺癌（PCa）常伴发良性前列腺增生（BPH），因此亟需重新评估二者在肿瘤风险、恶性进展及免疫状态层面的关联，以优化PCa的早期诊断与治疗策略。本研究整合单细胞RNA测序（scRNA-seq）与空间转录组学（STM）技术，系统解析正常前列腺组织、BPH及PCa之间的潜在关联。研究揭示了从BPH到PCa过程中管腔上皮细胞从增生向恶性的连续转化图谱，且伴随持续存在的免疫抑制性微环境。在病变结节中，T细胞呈高度浸润状态，但表现出激活迟滞与功能耗竭特征；巨噬细胞亦显著浸润，呈现明显的M2极化表型，且与免疫逃逸相关的炎症信号通路被激活；自然杀伤（NK）细胞与B细胞虽部分活化，但其低丰度限制了免疫功能发挥。本研究结果阐明了PCa发生发展过程中的免疫景观动态变化，所构建的分类模型与预后模型为免疫调节及个体化治疗提供了理论基础，同时为PCa的早期诊断与干预提供了新的工具。
研究背景与意义
前列腺癌（PCa）是全球男性第二大常见恶性肿瘤，占所有男性癌症的14.1%，每年新发病例超140万。流行病学数据显示，83.3%的PCa发生于合并良性前列腺增生（BPH）的前列腺组织中，且BPH的存在会显著提升PCa发病风险。当前临床面临的核心困境在于：前列腺特异性抗原（PSA）作为PCa的敏感血清标志物，常因BPH导致假阳性而特异性不足；同时PCa与BPH的症状及生物标志物特征高度重叠，难以精准区分。此外，PCa独特的免疫微环境使其对免疫治疗响应极差，KEYNOTE-199临床试验中，即便是PD-L1阳性的转移性去势抵抗性PCa（CRPC）患者，帕博利珠单抗的客观缓解率也仅为5%。因此，深入解析BPH向PCa演变过程中的免疫动态与细胞异质性，对突破诊疗瓶颈具有重要意义。该研究由Yuanyuan Luo、Hai Huang等研究人员完成，发表于《MedComm》。
关键技术方法
研究人员整合了前瞻性收集的7例配对样本（1例正常、2例BPH、2例PCa及对应癌旁组织）的单细胞RNA测序（scRNA-seq）与空间转录组学（STM）数据，同时从GEO数据库纳入6例正常、13例BPH、14例癌旁PCa及14例PCa的公共数据集进行验证。核心技术包括：通过Robust Cell Type Decomposition（RCTD）算法实现空间转录组数据的解卷积分析，利用Monocle3构建上皮细胞伪时间发育轨迹，采用CellChat量化细胞间通讯网络，结合支持向量机（SVM）构建BPH与PCa的分类模型，以及融合病理图像特征与基因表达的多模态预后模型构建。
研究结果
2.1 正常前列腺、BPH与PCa的动态时空单细胞跨组织图谱
研究共获得45763个高质量单细胞，鉴定出免疫细胞、内皮细胞、上皮细胞等主要类群，其中上皮细胞进一步分为管腔上皮（LE）细胞、基底上皮（BE）细胞及club细胞。免疫组化验证显示，免疫细胞在BPH与PCa组织中较正常组织显著招募，但B细胞与NK细胞始终维持低丰度。
2.2 肿瘤生态系统内的协调细胞与组织进程
整合GEO数据集的266505个细胞分析验证了细胞类群分布的一致性。通过差异基因分析鉴定出BPH与PCa的特征性标记基因，RNA速率与伪时间分析显示，部分增生上皮细胞呈现向恶性细胞演进的发育轨迹，拷贝数变异（CNV）分析进一步证实增生细胞与恶性细胞存在共享的突变片段，提示二者可能共享演进通路。
2.3 前列腺上皮细胞演化与细胞免疫微环境改变的互作
空间转录组解析显示，PCa组织中上皮细胞的恶性权重存在区域异质性，鉴定出正常-增生、增生-恶性、正常-恶性三条潜在转化通路，并在空间层面成功定位增生性与恶性上皮结节。
2.4 STM揭示上皮细胞演化过程中免疫微环境的改变
髓系细胞是肿瘤免疫微环境中浸润丰度最高的类群，以巨噬细胞与单核细胞为主。巨噬细胞在BPH与PCa组织中均呈现显著的M2极化倾向，且该趋势随疾病进展增强。基因集富集分析（GSEA）显示PCa高表达基因显著富集于趋化因子信号通路、细胞因子-细胞因子受体相互作用等炎症相关通路，提示持续炎症是BPH进展为PCa的关键机制。
2.5 巨噬细胞与单核细胞是肿瘤免疫微环境中浸润丰度最高的细胞类群
T细胞在BPH与PCa组织中招募增加，但以CD4? na?ve T细胞（Tn）与CD8? Tn为主，效应性功能亚群占比极低，整体处于失活或功能失调状态。GSEA显示PCa下调基因显著富集于抗原加工与提呈通路，提示抗原提呈缺陷可能是T细胞功能抑制的重要原因。
2.6 功能失调是T细胞的关键特征
NK细胞在低丰度浸润的同时，成熟亚型比例下降，抗体依赖性细胞毒性（ADCC）功能受损；B细胞虽在肿瘤中心富集，但多数处于未活化状态，且随疾病进展向浆细胞分化受阻，无法有效发挥免疫功能。
2.7 慢性炎症状态与长期肿瘤抗原暴露下NK细胞表达升高
免疫荧光实验验证了CD8? T细胞在恶性结节中显著浸润，CD14?与CD16?标记的M2型巨噬细胞在病变区域富集，且CD14?与CD8?细胞存在空间共定位，提示二者存在协同调控作用。
2.8 B细胞在调控上皮细胞增殖与肿瘤发生中的双重复杂角色
细胞通讯分析显示，上皮细胞通过主要组织相容性复合体I类（MHC-I）、MIF与CD99信号通路主导免疫微环境的信号输出。迁移抑制因子（MIF）与CD74构成的关键分子轴，以及转化生长因子β1（TGFB1）的高表达，共同塑造了持续的免疫抑制微环境。
2.9 前列腺组织免疫细胞浸润的免疫荧光验证
基于1091个差异表达基因（DEGs）构建的SVM分类模型，在训练集与测试集中的曲线下面积（AUC）分别达0.99与0.96；融合病理图像与基因特征的多模态预后模型，训练集与测试集36个月AUC分别为0.888与0.701，可有效区分患者风险分层。
讨论与结论
该研究通过高分辨率时空图谱揭示，BPH向PCa的演变并非独立的克隆事件，而是伴随持续的免疫抑制微环境重塑。与传统认知的“冷肿瘤”不同，PCa病变结节中存在大量免疫细胞浸润，但普遍处于功能抑制状态，且抗原提呈缺陷与MIF-CD74免疫抑制轴的激活是核心特征。研究首次在单细胞层面证实BPH与PCa共享上皮转化通路与遗传突变，为二者的临床关联提供了分子生物学证据。所构建的分类模型可辅助PCa与BPH的精准鉴别诊断，多模态预后模型为个体化治疗决策提供了量化工具。研究同时指出，针对慢性炎症的干预与免疫微环境的重激活，可能是阻断BPH进展为PCa、提升PCa免疫治疗响应的潜在策略。尽管研究受限于初始样本量，但通过公共数据集验证与多维度技术整合，为前列腺疾病的机制研究与临床转化提供了重要的资源与理论支撑。
