神经周围浸润（perineural invasion，PNI）是前列腺癌的特征之一，其定义为癌细胞在神经内、周围和通过神经的浸润。前列腺癌活检标本中PNI的检出已被证实为提示预后的关键指标。已有多项研究证明其与前列腺的存活率低及转移风险增加有关。前列腺癌作为一种复杂的异质性疾病，常规的测序研究难以完全了解其真实情况。因此，在单细胞水平上对前列腺癌微环境的研究具有重要的临床和科研价值。

通过对数据进行聚类分析共得到12种主要细胞亚群，包括T 淋巴细胞，自然杀伤细胞，B 淋巴细胞，巨噬细胞，中性粒细胞，肥大细胞，内皮细胞，成纤维细胞，平滑肌细胞，神经细胞和上皮细胞。其中上皮细胞细分为管腔 (luminal）细胞亚型和（basal/ Intermediate）细胞亚型两种（图1B）。对这两种上皮细胞亚型进行差异基因分析，结果显示basal/intermediate上皮细胞亚型特异性高表KRT5, KRT15及KRT17基因。KLK3, KLK2, FOLH1及ACPP基因的表达水平在luminal细胞亚型中显著升高（图1C）。此外, 通过对神经细胞进一步聚类分析，结果显示神经细胞可以分为四种不同细胞亚型。

图1. 神经周围浸润前列腺癌细胞异质性

为了探索上皮细胞在神经周围浸润前列腺癌发展中的作用，通过对上皮细胞亚型进行聚类分析。共得到14种上皮细胞亚型，包括8种luminal上皮细胞亚型和6种basal/intermediate上皮细胞亚型（图2A）。进一步分析发现与前列腺癌进展有关的基因在basal/intermediate细胞亚型中显著高表达（图2B,C）。此外，GO富集表明basal/intermediate细胞亚型C13显著富集与肿瘤进展相关通路，包括脂肪酸代谢，脂质代谢和类固醇生物合成等（图2D）。以上的分析结果表明了basal/intermediate上皮细胞亚型与神经周围浸润前列腺癌进展之间的潜在关系。

图2. 上皮细胞亚型分析

通过拟时序分析方法研究不同上皮细胞亚型之间的关系。结果发现腔内细胞亚型包括C4, C6, C7, C9和C13显示在拟时间轨迹的起点，而 basal/intermediate细胞亚型C0，C8和C12出现在轨迹分支1的末端，basal/intermediate细胞亚型C1，C2，C3，C5和C10位于轨迹分支2的末端（图3A,B）。这些结果说明luminal上皮细胞亚型可以作为起始上皮细胞并向basal/intermediate细胞亚型过渡。随后通过BEAM分析以确定上皮细胞亚型从luminal到basal/intermediate发生表达变化的基因。结果显示一些与肿瘤发生和进展相关的基因AGR2, MMP7, LXN, PIGR和CRABP2显著高表达(图3C, D)。

图3. 上皮细胞拟时序分析

近年来，已有研究证明细胞之间互作与癌症进展存在关联。上部分结果显示了上皮细胞亚型在前列腺癌进展中的重要作用。为进一步研究影响前列腺癌进展的潜在机制。我们对所有上皮细胞亚型与神经细胞互作进行分析，发现上皮细胞basal/intermediate-C5, -C8和-C12亚型与神经细胞具有显著的互作强度（图4A）。为了深入探究该发现，后续对神经细胞和上皮细胞亚型之间配体-受体信号进行分析，其中basal/intermediate细胞亚型与神经细胞亚型主要是通过配体CXCL1-ACKR1和CXCL8-ACKR1信号进行交流。该结果提示了细胞互作在肿瘤进展中潜在作用机制。

图4. 上皮细胞和神经细胞互作分析

该研究全面描述了神经周围浸润前列腺癌肿瘤微环境异质性及细胞亚型的基因表达图谱；同时揭示了basal/intermediate上皮细胞亚型与神经细胞之间通过配体-受体互作促进前列腺癌的恶性进展；对了解前列腺癌进展机制具有重要意义，将为前列腺癌的的治疗策略提供新的参考。

专家介绍

张保 教授

医学博士 主任医师

北京大学航天中心医院

泌尿外科主任 学科带头人