多组学联合 CODEX® 空间原位解析乳腺癌亚型与谱系起源
Nature Cancer · 2024 · doi:10.1038/s43018-024-00773-6
案例来源：Nature Cancer, 2024（doi:10.1038/s43018-024-00773-6）
乳腺癌根据关键分子标志，特别是雌激素受体（ER）、孕激素受体（PR）和人表皮生长因子受体 2（HER2）的表达进行分子分型。乳腺癌起源于乳腺导管上皮，分为两个主要谱系：管腔细胞排列在乳腺导管内部，并被一层薄的、可收缩的基底肌上皮细胞包围。管腔细胞和基底细胞均来源于长寿命的双能乳腺干细胞，而分化程度更高的单能祖细胞则存在于基底细胞和管腔细胞谱系中，分别负责乳腺导管内对应腔室的更新。
本研究依托多组学与空间原位技术，系统解析乳腺癌亚型特征、肿瘤起源细胞及谱系演变机制，为乳腺癌异质性与早期发病机制研究提供全新依据。
研究体系
该研究纳入 37 例乳腺癌患者的 61 份组织样本，创新性搭建多组学联合空间原位分析体系，整合 bulk 测序、单细胞 / 单核转录组、染色质开放组测序（ATAC-seq），同时核心引入 CODEX® 单细胞原位空间多重蛋白组技术。区别于传统测序仅能获取分子表达数据、丢失组织空间位置信息的局限，该 61 标超高重空间蛋白成像技术（Panel 详情见文末）可在完整组织原位、单细胞分辨率下精准定位各类细胞与特征蛋白分布，完美补足多组学测序的空间信息短板，实现肿瘤细胞、基质细胞、免疫细胞的分子特征、细胞表型与空间组织结构的精准匹配解析。
核心发现
研究依托多组学数据证实，乳腺癌经典 PAM50 亚型可通过肿瘤细胞基因表达与染色质可及性特征精准区分。而 CODEX 空间蛋白组技术的原位成像验证，是明确肿瘤起源谱系的核心关键：通过 SMA、c-Kit、GATA3 等特异性蛋白标志物的原位染色与定量分析，直观证实正常乳腺导管的管腔祖细胞、管腔成熟细胞、基底肌上皮祖细胞与不同乳腺癌亚型的精准谱系对应关系，明确管腔成熟细胞对应管腔 A/B 型肿瘤、管腔祖细胞与基底样肿瘤高度同源。同时结合多组学数据挖掘出 BHLHE40、KLF5 等关键转录因子及 SOX6、FAM155A 等亚型特异性基因，完整阐明乳腺癌亚型演进的核心调控网络。
CODEX 多重免疫荧光成像：管腔 A/B 型（左）与基底样（右）乳腺癌组织中 DAPI / PanCK / SMA / cKIT 的原位分布及 Ki67 强度对比
肿瘤微环境与免疫调控
在肿瘤微环境与免疫调控研究中，CODEX 空间蛋白组技术展现了不可替代的研究价值。研究依托该技术的空间原位解析能力，结合空间转录组数据，直观证实基底样乳腺癌存在显著免疫抑制微环境，精准定位耗竭 CD8⁺ T 细胞与巨噬细胞、单核细胞等髓系细胞的原位互作模式，明确其异常细胞互作是免疫抑制的核心诱因。
此外，研究借助多组学联合空间蛋白特征分析，筛选出基底样亚型特异性标志物 MELK、管腔 A/B 型特异性标志物 CACNG4，为乳腺癌精准分型与靶向治疗提供全新靶点。该研究充分印证了 CODEX 单细胞空间蛋白组技术在肿瘤谱系溯源、空间微环境解析、靶点验证中的核心支撑作用，为乳腺癌机制研究与精准诊疗转化建立了高分辨率空间多组学研究范式。
研究总结
本研究通过 bulk 测序、单细胞 / 单核转录组、染色质开放组测序联合 CODEX 61 标超高重空间蛋白组，在完整组织原位、单细胞分辨率下系统重建乳腺癌亚型的分子特征与谱系起源，证实管腔成熟细胞对应管腔 A/B 型肿瘤、管腔祖细胞与基底样肿瘤高度同源，挖掘出 BHLHE40 / KLF5 等关键转录因子与 SOX6 / FAM155A 等亚型特异性基因；同时在肿瘤微环境层面直观呈现基底样乳腺癌的免疫抑制互作模式，筛选出 MELK、CACNG4 等全新分型 / 治疗靶点，为乳腺癌机制研究与精准诊疗转化建立了高分辨率空间多组学研究范式。