综合空间基因表达图谱揭示胰腺癌的功能特征

患者来源的细胞系分析极大促进了分子生物标志物和治疗靶点的发现，但细胞形态特性的表征仍较有限。本研究以人胰腺导管腺癌（PDAC）细胞系为对象，探究其细胞形态与药物敏感性、基因表达及功能特性的关联。研究团队开发了空间形态与RNA转录（SMART）分析框架，整合全息断层扫描、细胞绘画（Cell Painting）和空间分子成像（SMI）等技术，实现细胞形态与转录组状态的关联分析。

在药物响应研究中，发现KRAS抑制剂（如RMC-6236、MRTX1133）处理后，耐药细胞系表现为细胞面积增大但质量未增加，而敏感细胞系则聚集形成紧密团块并随时间缩小（可能因细胞死亡）。SMI分析显示，药物处理后细胞簇中整合素等细胞连接蛋白转录本增加。化疗药物（如吉西他滨、5-氟尿嘧啶）则诱导细胞偏心距增大、面积增加等形态变化，可能与细胞周期停滞导致的衰老形态相关。

通过对49种PDAC细胞系的形态学分析，将其分为多边形、不规则形、球形三种形态，以及聚集型、多层型、分散型三种组织模式。多边形细胞富集细胞连接基因，不规则细胞则高表达细胞周期相关基因，且与不同的基因依赖特性相关（如多边形细胞对CDK6依赖更高，不规则细胞对DHODH依赖更强）。功能实验表明，不规则/球形且分散/多层组织的细胞系克隆形成能力和侵袭性更强，在转移模型中也显示更高的转移倾向。

在患者肿瘤组织中，癌细胞的小簇（≤5个细胞）与基底样转录亚型相关，大簇（≥100个细胞）则与经典亚型相关，且小簇富集细胞外基质、 focal adhesion等信号通路基因。

综上，本研究建立的SMART分析框架揭示了细胞形态与转录组、功能特性的关联，表明形态学可作为快速、经济的表型指标，助力癌症生物学研究和药物筛选，为精准肿瘤学提供新工具。