期刊：MedComm
影响因子：10.7
通讯作者：贵州省人民医院朱建国
伯豪技术服务：单细胞转录组测序、空间转录组测序

导语
前列腺癌（Prostate Cancer, PCa）是男性第二大常见恶性肿瘤，每年新增确诊病例超过140万例。临床数据显示，83.3%的前列腺癌发生在伴有良性前列腺增生（Benign Prostatic Hyperplasia, BPH）的前列腺中，BPH的存在显著增加了PCa的发病风险。然而，由于两者症状和生物标志物特征高度重叠，临床上难以区分，因此对迫切需要对Ca进行重新评估。

本研究对PCa 和BPH样本进行单细胞RNA测序。分析发现，在PCa中，T细胞功能缺陷、肿瘤相关巨噬细胞（TAMs）的免疫抑制表型、以及NK细胞和B细胞的低丰度浸润，共同构成了PCa"免疫荒漠"的特征。这也解释了为何免疫检查点抑制剂（ICI）在PCa中的客观缓解率仅有约5%。单细胞RNA测序（scRNA-seq）和空间转录组学（STM）的联合应用，为揭示BPH与PCa之间复杂的时空关系、解析免疫微环境的动态变化提供了前所未有的工具。

技术服务
单细胞转录组测序、空间转录组测序
（技术服务由伯豪生物提供）

研究结果
1. 单胞联合空间组学揭示前列腺上皮细胞的连续恶性转化轨迹
研究团队对1例正常前列腺（NC）、2例BPH和2例PCa（含癌旁组织）样本进行了scRNA-seq和STM测序。经过严格质控，共获得45,763个高质量单细胞。通过tSNE降维和聚类分析，鉴定出主要细胞类型包括免疫细胞（T细胞、B细胞、NK细胞和髓系细胞）、内皮细胞和上皮细胞。其中上皮细胞可进一步分为管腔上皮细胞（LE）、基底上皮细胞（BE）和club细胞。

通过RNA velocity和拟时序分析，研究团队重建了前列腺上皮细胞在病变进展过程中的演化轨迹。结果显示，增生性病变和恶性病变可能经历相同的转化通路，部分增生细胞表现出指向恶性细胞的发育轨迹，提示增生性上皮细胞存在恶性转化风险。整合拷贝数变异（CNV）分析进一步证实，增生细胞和恶性细胞之间存在广泛共享的突变片段，支持了"正常 → 增生 → 恶性"的连续转化假说。

在空间层面，研究团队利用RCTD（robust cell type decomposition）算法对STM数据进行反卷积分析，成功在组织切片上定位增生性和恶性上皮结节的空间分布，并识别出normal-to-hyperplasia、hyperplasia-to-malignant和normal-to-malignant三条潜在转化通路，揭示了PCa中恶性演化的空间异质性。
 

图1 前列腺上皮增生性结节内潜在的恶性转化

2. 髓系细胞显著浸润并呈现M2型极化特征
髓系细胞在BPH和PCa组织中广泛分布，以单核细胞和巨噬细胞为主。在PCa组织中，巨噬细胞散布于癌旁和肿瘤区域，而单核细胞向肿瘤中心的浸润受到阻碍。单核细胞可进一步分为经典型（CD14+CD16−）和非经典型（CD14+CD16+）两个亚群，其中经典型单核细胞仅在BPH1和Adj_PCa2样本中升高。

巨噬细胞极化分析显示，BPH和PCa组织中的巨噬细胞均表现出明显的M2型极化倾向，且随着疾病进展可能进一步加剧。GSEA富集分析表明，PCa中上调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、流体剪切应力、动脉粥样硬化和局灶黏附等炎症相关通路，提示持续炎症是BPH向PCa进展的关键机制。

免疫荧光实验进一步验证了CD14+和CD16+细胞在恶性结节内显著聚集，结合上述细胞分型和功能分析，证实这些细胞主要为M2型极化巨噬细胞。空间共定位分析还提示CD14+髓系细胞与CD8+ T细胞之间存在潜在相互作用，共同介导前列腺病变的发生发展。
 

图2 炎症浸润可促进组织恶性

3. T细胞高浸润但功能耗竭与激活迟缓
T细胞在BPH和PCa组织中显示出显著的招募增加，且在PCa肿瘤区域招募更为显著。T细胞可进一步分为CD4+ T细胞和CD8+ T细胞，其中CD4+ T细胞在病变组织中主要为未激活的初始T细胞（Tn），以及参与免疫调节的辅助性T细胞（Th）和调节性T细胞（Treg），在肿瘤病灶中积累更为显著。

令人关注的是，CD8+ T细胞在所有样本中大多处于初始状态，提示CD8+ T细胞的激活可能受到抑制。CD4+ T细胞几乎不表达细胞毒性相关基因，IL7R和CD69的高表达表明这些细胞主要处于早期激活阶段，但未清晰分化为效应或细胞毒性细胞；CD8+ T细胞虽表达效应分子，但更显著地表达IL7R、PTPRC和CD69等初始/早期激活标志物。

GSEA分析显示，PCa中下调基因显著富集于抗原加工和呈递相关通路，包括抗原加工和呈递通路及Rap1信号通路。总体而言，T细胞整体处于未激活或功能失调状态，这有助于维持PCa的"免疫荒漠"状态，可能与抗原呈递缺陷相关。
 

图3 抑制性T细胞的活化和抗原递呈困难可能是导致前列腺癌免疫治疗困难的原因

4. NK细胞和B细胞的双面角色与功能局限
NK细胞在病变组织中浸润丰度较低，主要处于相对低激活状态。此外，本研究筛选出 NK 细胞成熟不同阶段特异性表达排名前五的基因，包括IGHV3-23、LGLV4-69、IGHA1、JCHAIN，这类参与免疫应答的基因仅在成熟 NK 细胞中高表达，在病灶组织内几乎检测不到。长期的慢性炎症和持续的肿瘤配体刺激导致经典NK细胞CD56修饰，降低其抗体依赖性细胞毒性（ADCC），最终削弱NK细胞的直接杀伤能力。

B细胞可分为初始B细胞（MS4A1+、IGHG1−）和浆细胞（MZB1+、IGHG1+、JCHAIN+）。与正常组织相比，B细胞在BPH和PCa组织中更为富集，尤其在肿瘤中心，但与巨噬细胞和T细胞相比丰度仍然很低。约10%的B细胞在BPH组织中被激活，在癌旁和肿瘤组织中激活比例更高。然而，基因表达分析显示，激活的初始B细胞主要受免疫球蛋白轻链和重链可变区V区表达增加调控，同时MS4A1、KLF6和FCMR表达降低，提示其ADCC功能受限，低丰度是关键限制因素。
 

图4 NK细胞和B细胞在前列腺病变处仍保持低丰度

5. 细胞间通讯网络揭示免疫逃逸机制
利用CellChat算法，研究团队模拟了不同病理状态下上皮细胞与主要免疫细胞类型之间的细胞间通讯网络。结果显示，上皮细胞在细胞通讯网络中始终表现为低信号接收但高信号输出，主要通过MHC-I通路传递信号，其次是MIF和CD99信号。

LE细胞主要利用MHC-I（HLA-A、HLA-B、HLA-C和HLA-E）向免疫细胞呈递抗原信息，在增生细胞中上调表达。然而，负责识别抗原信息的分子（TRAC、TRBC、C型凝集素受体和Toll样受体）在免疫细胞中持续低表达。此外，免疫细胞成功识别抗原信息后，需要在抗原和共刺激因子共同作用下才能被激活或增殖，而这一过程也受到免疫检查点的调控。

研究还发现，MIF在大多数细胞中显著表达，其释放可能引发细胞因子风暴，导致免疫细胞死亡和免疫抑制。TGFB1的表达增强肿瘤进展。直接杀伤靶细胞的因子（如白细胞介素和穿孔素）仅在NK细胞中表达，在CD8+ T细胞中低表达。相反，抑制免疫细胞功能的因子（主要是MIF、CD74和TGFB1）显著高表达。这些发现共同揭示了PCa免疫逃逸的复杂分子机制。
 

图5 上皮细胞与免疫系统相互作用的信号网络分析

6. 机器学习构建高精准分类与预后模型
研究团队利用三个GEO数据集（GSE134051、GSE132714和GSE1134073）中的1091个差异表达基因（|log2FC| ≥ 1），采用支持向量机（SVM）算法构建了区分BPH和PCa的二元分类模型。该模型表现出优异的预测性能：训练集的AUC和ACC均为0.99，测试集的AUC和ACC分别为0.96和0.94。

进一步地，研究团队基于基因-病理数据构建了多模态预后模型。利用CONCH（Contrastive learning from Captions for Histopathology）算法从TCGA病理切片中提取特征，结合322个T细胞和髓系细胞的差异表达基因，通过多模态融合解码器构建预后模型。36个月AUC显示该模型具有良好的预测性能（训练组AUC为0.888，测试组AUC为0.701）。生存分析表明，训练组和测试组患者可被有效分为高风险和低风险亚组，组间预后差异显著。

图6 分类和预后模型的构建

参考文献：
[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