期刊：MedComm
影響因子：10.7
通訊作者：貴州省人民醫院朱建國
伯豪技術服務：單細胞轉錄組測序、空間轉錄組測序
導語
前列腺癌（Prostate Cancer, PCa）是男性第二大常見惡性腫瘤，每年新增確診病例超過140萬例。臨床數據顯示，83.3%的前列腺癌發生在伴有良性前列腺增生（Benign Prostatic Hyperplasia, BPH）的前列腺中，BPH的存在顯著增加了PCa的發病風險。然而，由于兩者癥狀和生物標志物特征高度重疊，臨床上難以區分，因此對迫切需要對Ca進行重新評估。
本研究對PCa 和BPH樣本進行單細胞RNA測序。分析發現，在PCa中，T細胞功能缺陷、腫瘤相關巨噬細胞（TAMs）的免疫抑制表型、以及NK細胞和B細胞的低豐度浸潤，共同構成了PCa"免疫荒漠"的特征。這也解釋了為何免疫檢查點抑制劑（ICI）在PCa中的客觀緩解率僅有約5%。單細胞RNA測序（scRNA-seq）和空間轉錄組學（STM）的聯合應用，為揭示BPH與PCa之間復雜的時空關系、解析免疫微環境的動態變化提供了前所未有的工具。
技術服務
單細胞轉錄組測序、空間轉錄組測序
（技術服務由伯豪生物提供）
研究結果
1. 單細胞聯合空間組學揭示前列腺上皮細胞的連續惡性轉化軌跡
研究團隊對1例正常前列腺（NC）、2例BPH和2例PCa（含癌旁組織）樣本進行了scRNA-seq和STM測序。經過嚴格質控，共獲得45,763個高質量單細胞。通過tSNE降維和聚類分析，鑒定出主要細胞類型包括免疫細胞（T細胞、B細胞、NK細胞和髓系細胞）、內皮細胞和上皮細胞。其中上皮細胞可進一步分為管腔上皮細胞（LE）、基底上皮細胞（BE）和club細胞。
通過RNA velocity和擬時序分析，研究團隊重建了前列腺上皮細胞在病變進展過程中的演化軌跡。結果顯示，增生性病變和惡性病變可能經歷相同的轉化通路，部分增生細胞表現出指向惡性細胞的發育軌跡，提示增生性上皮細胞存在惡性轉化風險。整合拷貝數變異（CNV）分析進一步證實，增生細胞和惡性細胞之間存在廣泛共享的突變片段，支持了"正常 → 增生 → 惡性"的連續轉化假說。
在空間層面，研究團隊利用RCTD（robust cell type decomposition）算法對STM數據進行反卷積分析，成功在組織切片上定位增生性和惡性上皮結節的空間分布，并識別出normal-to-hyperplasia、hyperplasia-to-malignant和normal-to-malignant三條潛在轉化通路，揭示了PCa中惡性演化的空間異質性。
圖1 前列腺上皮增生性結節內潛在的惡性轉化
2. 髓系細胞顯著浸潤并呈現M2型極化特征
髓系細胞在BPH和PCa組織中廣泛分布，以單核細胞和巨噬細胞為主。在PCa組織中，巨噬細胞散布于癌旁和腫瘤區域，而單核細胞向腫瘤中心的浸潤受到阻礙。單核細胞可進一步分為經典型（CD14+CD16−）和非經典型（CD14+CD16+）兩個亞群，其中經典型單核細胞僅在BPH1和Adj_PCa2樣本中升高。
巨噬細胞極化分析顯示，BPH和PCa組織中的巨噬細胞均表現出明顯的M2型極化傾向，且隨著疾病進展可能進一步加劇。GSEA富集分析表明，PCa中上調基因顯著富集于趨化因子信號通路、細胞因子-細胞因子受體相互作用、流體剪切應力、動脈粥樣硬化和局灶黏附等炎癥相關通路，提示持續炎癥是BPH向PCa進展的關鍵機制。
免疫熒光實驗進一步驗證了CD14+和CD16+細胞在惡性結節內顯著聚集，結合上述細胞分型和功能分析，證實這些細胞主要為M2型極化巨噬細胞。空間共定位分析還提示CD14+髓系細胞與CD8+ T細胞之間存在潛在相互作用，共同介導前列腺病變的發生發展。
圖2 炎癥浸潤可促進組織惡性
3. T細胞高浸潤但功能耗竭與激活遲緩
T細胞在BPH和PCa組織中顯示出顯著的招募增加，且在PCa腫瘤區域招募更為顯著。T細胞可進一步分為CD4+ T細胞和CD8+ T細胞，其中CD4+ T細胞在病變組織中主要為未激活的初始T細胞（Tn），以及參與免疫調節的輔助性T細胞（Th）和調節性T細胞（Treg），在腫瘤病灶中積累更為顯著。
令人關注的是，CD8+ T細胞在所有樣本中大多處于初始狀態，提示CD8+ T細胞的激活可能受到抑制。CD4+ T細胞幾乎不表達細胞毒性相關基因，IL7R和CD69的高表達表明這些細胞主要處于早期激活階段，但未清晰分化為效應或細胞毒性細胞；CD8+ T細胞雖表達效應分子，但更顯著地表達IL7R、PTPRC和CD69等初始/早期激活標志物。
GSEA分析顯示，PCa中下調基因顯著富集于抗原加工和呈遞相關通路，包括抗原加工和呈遞通路及Rap1信號通路。總體而言，T細胞整體處于未激活或功能失調狀態，這有助于維持PCa的"免疫荒漠"狀態，可能與抗原呈遞缺陷相關。
圖3 抑制性T細胞的活化和抗原遞呈困難可能是導致前列腺癌免疫治療困難的原因
4. NK細胞和B細胞的雙面角色與功能局限
NK細胞在病變組織中浸潤豐度較低，主要處于相對低激活狀態。此外，本研究篩選出 NK 細胞成熟不同階段特異性表達排名前五的基因，包括IGHV3-23、LGLV4-69、IGHA1、JCHAIN，這類參與免疫應答的基因僅在成熟 NK 細胞中高表達，在病灶組織內幾乎檢測不到。長期的慢性炎癥和持續的腫瘤配體刺激導致經典NK細胞CD56修飾，降低其抗體依賴性細胞毒性（ADCC），最終削弱NK細胞的直接殺傷能力。
B細胞可分為初始B細胞（MS4A1+、IGHG1−）和漿細胞（MZB1+、IGHG1+、JCHAIN+）。與正常組織相比，B細胞在BPH和PCa組織中更為富集，尤其在腫瘤中心，但與巨噬細胞和T細胞相比豐度仍然很低。約10%的B細胞在BPH組織中被激活，在癌旁和腫瘤組織中激活比例更高。然而，基因表達分析顯示，激活的初始B細胞主要受免疫球蛋白輕鏈和重鏈可變區V區表達增加調控，同時MS4A1、KLF6和FCMR表達降低，提示其ADCC功能受限，低豐度是關鍵限制因素。
圖4 NK細胞和B細胞在前列腺病變處仍保持低豐度
5. 細胞間通訊網絡揭示免疫逃逸機制
利用CellChat算法，研究團隊模擬了不同病理狀態下上皮細胞與主要免疫細胞類型之間的細胞間通訊網絡。結果顯示，上皮細胞在細胞通訊網絡中始終表現為低信號接收但高信號輸出，主要通過MHC-I通路傳遞信號，其次是MIF和CD99信號。
LE細胞主要利用MHC-I（HLA-A、HLA-B、HLA-C和HLA-E）向免疫細胞呈遞抗原信息，在增生細胞中上調表達。然而，負責識別抗原信息的分子（TRAC、TRBC、C型凝集素受體和Toll樣受體）在免疫細胞中持續低表達。此外，免疫細胞成功識別抗原信息后，需要在抗原和共刺激因子共同作用下才能被激活或增殖，而這一過程也受到免疫檢查點的調控。
研究還發現，MIF在大多數細胞中顯著表達，其釋放可能引發細胞因子風暴，導致免疫細胞死亡和免疫抑制。TGFB1的表達增強腫瘤進展。直接殺傷靶細胞的因子（如白細胞介素和穿孔素）僅在NK細胞中表達，在CD8+ T細胞中低表達。相反，抑制免疫細胞功能的因子（主要是MIF、CD74和TGFB1）顯著高表達。這些發現共同揭示了PCa免疫逃逸的復雜分子機制。
圖5 上皮細胞與免疫系統相互作用的信號網絡分析
6. 機器學習構建高精準分類與預后模型
研究團隊利用三個GEO數據集（GSE134051、GSE132714和GSE1134073）中的1091個差異表達基因（|log2FC| ≥ 1），采用支持向量機（SVM）算法構建了區分BPH和PCa的二元分類模型。該模型表現出優異的預測性能：訓練集的AUC和ACC均為0.99，測試集的AUC和ACC分別為0.96和0.94。
進一步地，研究團隊基于基因-病理數據構建了多模態預后模型。利用CONCH（Contrastive learning from Captions for Histopathology）算法從TCGA病理切片中提取特征，結合322個T細胞和髓系細胞的差異表達基因，通過多模態融合解碼器構建預后模型。36個月AUC顯示該模型具有良好的預測性能（訓練組AUC為0.888，測試組AUC為0.701）。生存分析表明，訓練組和測試組患者可被有效分為高風險和低風險亞組，組間預后差異顯著。
圖6 分類和預后模型的構建
參考文獻：
[1] Y. Luo, H. Zhong, T. Shang, et al. “Single-Cell and Spatial Transcriptomics Uncover Immune Dynamics and Cellular Heterogeneity in Benign Prostatic Hyperplasia and Prostate Cancer Transition.” MedComm7, no. 6 (2026): e70760. https://doi.org/10.1002/mco2.70760IF: 10.7 Q1