文章题目：多发性骨髓瘤的空间多组学揭示了骨髓和骨外病灶中依赖微环境的促骨髓瘤和免疫抑制信号
发表期刊： bioRxiv 预印本
发表时间：2026年3月25日
发表单位：埃默里大学、西奈山伊坎医学院、科罗拉多大学等
多发性骨髓瘤（Multiple Myeloma, MM）的疾病进展与治疗耐药深刻依赖于骨髓微环境（Bone Marrow Microenvironment, BMME）中恶性浆细胞与免疫细胞之间的空间互作。尽管单细胞RNA测序（scRNA-seq）能够高分辨地解析细胞转录状态，但组织解离过程不可避免地破坏细胞的原位空间结构，从而丢失了微环境生态位中的关键信息。
空间转录组技术为原位解析肿瘤微环境提供了新的技术路径。Visium HD平台采用测序策略，可实现全转录组范围的无偏基因表达检测（分析单元为16 μm × 16 μm的bin），能够全面捕获微环境中的转录组信息；同时，通过结合外部单细胞参考数据集进行RCTD解卷积及经验贝叶斯校正，可有效处理骨髓组织中免疫球蛋白基因高表达带来的背景信号，实现精准的像素级细胞类型注释。Xenium平台则基于荧光原位杂交及循环成像，在单细胞/亚细胞分辨率下对预设靶向panel（5k）进行空间定位，为关键信号的空间耦合提供高精度验证。
为充分发挥上述两种空间转录组技术的互补优势，本研究构建了一套整合多模态数据的分析框架：以Visium HD作为全转录组空间发现的引擎，以Xenium作为单细胞分辨率的正交验证工具，并结合大规模临床scRNA-seq队列（MMRF CoMMpass）提供更高的转录组深度及预后信息。通过这一“发现–验证–扩展”策略，本文旨在系统解析MM骨髓微环境中空间特异性的肿瘤-免疫互作网络
发现：
技术平台：10x Genomics Visium HD（采用16 μm × 16 μm的bin分析）, 21例多发性骨髓瘤患者骨髓活检（包含诊断期和复发期），以及5例髓外病变活检，研究整合三个公共单细胞数据集作为参考，通过RCTD结合贝叶斯收缩进行空间解卷积，进而经邻域聚类和差异分析，发现浆细胞富集邻域中非经典Wnt信号、CAM-DR基因及免疫抑制配体空间特异性上调。
验证：
技术平台：10x Xenium平台（靶向~5k基因panel）对10例骨髓活检进行原位独立验证，证实了非经典Wnt信号的间耦合及T细胞中LAG3上调、细胞毒性基因下调的特征。
此外，利用公开的MMRF CoMMpass单细胞队列（416例样本，336例患者，Pilcher et al., Nat Cancer 2026）进行高深度转录组扩展及预后验证。该队列独立于上述解卷积参考数据，仅用于将空间差异表达基因映射至单细胞层面，通过伪批量Cox回归和弹性网络构建并验证了一个15基因预后签名。
方法概述
本研究对21例FFPE骨髓活检及5例髓外病变进行Visium HD测序（以16 μm × 16 μm的bin为基本分析单元）。经质控获得252,249个高质量bin，平均每个bin检测194个基因（Fig. 1C-D）。整合三个公共单细胞数据集作为参考，采用RCTD结合经验贝叶斯收缩进行空间解卷积，成功注释12种细胞类型，各类型富集典型标志基因（Fig. 2D-E）。基于bin周围50 μm内细胞组成进行KNN聚类，识别出7种空间邻域，包括浆细胞为主、免疫/基质为主及混合邻域（Fig. 2F-G）。浆细胞为主邻域富集MM生存因子及免疫抑制分子MIF。配体-受体分析显示，浆细胞为主邻域富集MM生存相关因子（TNFRSF13B、TLR10）及免疫抑制分子MIF（Fig. 2H），提示该邻域是微环境中转录异质性的核心来源。
图1. Visium HD数据质量评估
图2. 空间解卷积识别骨髓微环境中预期细胞类型
二、Visium HD 揭示非经典Wnt信号空间激活
比较浆细胞富集邻域与免疫/混合邻域中浆细胞的转录组，发现1,687个差异表达基因（Fig. 3A-B）。浆细胞在富集邻域中显著上调非经典Wnt激动剂WNT5B/WNT5A及经典Wnt拮抗剂FRZB，同时富集生存（DEPTOR）、耐药（DDIT4）及未折叠蛋白应激（EIF2AK3）相关基因（Fig. 3C）。GO分析显示差异基因最显著富集于“非经典Wnt信号通路”及“经典Wnt信号负调控”（Fig. 3D）。空间距离分析表明，距非经典Wnt配体表达bin ≤16 μm的浆细胞下游信号评分最高，≥100 μm时趋近于零（Fig. 3E-F），空间热图呈现清晰的配体-信号共定位（Fig. 3G）。该空间耦合关系在Xenium数据中得到独立验证，提示浆细胞富集邻域通过非经典Wnt信号（Ca²⁺分支，NFATC1）促进耐药和肿瘤生存。
图3.Visium HD揭示浆细胞富集邻域中非经典Wnt信号的空间特异性激活
三、Visium HD + Xenium 揭示T细胞免疫抑制与耗竭
在浆细胞为主邻域内，T细胞差异表达305个基因（Fig. 4B）。其下调细胞毒性分子（GZMA、NKG7），上调抑制性受体LAG3（该分子是免疫检查点抑制剂耐药的关键标志物）、慢性刺激标志CD27及免疫抑制分子TNFAIP3，其中60个差异基因在Xenium数据中得到一致验证（Fig. 4C-D）。弹性网络回归鉴定出18个配体基因（包括MIF、IGF1、WNT5A）贡献了99%的T细胞表达变化关联度（Fig. 4E）。基于这18个配体的综合评分与T细胞异常表达评分在Visium HD中呈强正相关（R=0.685），在Xenium中亦显著相关（R=0.387）（Fig. 4F-G）。利用独立单细胞队列（416例）验证，浆细胞邻域样T细胞中FOXP3及E2F2活性升高，TBX21及EOMES活性降低，GZMB、PRF1、IFNG表达下降，CTLA4升高（Fig. 4J-K），以上结果证实，浆细胞富集邻域通过局部配体信号诱导T细胞向抑制/耗竭状态转化，可能降低T细胞的抗肿瘤效能。
图4. Visium HD联合Xenium揭示T细胞在浆细胞富集邻域中的免疫抑制与耗竭特征
四、独立单细胞队列预后验证及髓外病变空间特征
将空间差异表达基因映射至独立的MMRF CoMMpass单细胞队列（416例样本，336例患者，Pilcher et al., Nat Cancer 2026），通过伪批量Cox回归验证其临床相关性。结果显示：浆细胞中WNT5B高表达与较短无进展生存期显著相关（HR=1.391, p=4.4×10⁻⁵），该基因是细胞粘附介导耐药（CAM-DR）的关键分子，T细胞中LAG3高表达同样预示不良预后（HR=1.227, p=0.0318），LAG3作为免疫检查点分子，其上调与免疫治疗耐药密切相关，且复发样本中LAG3进一步升高（Fig. 5C-H）。
为进一步整合多基因的预后信息，采用弹性网络正则化Cox回归对上述预后相关空间差异基因进行变量筛选与模型构建，最终确定一个包含15个基因的预后风险评分模型。在发现队列（n=260）中，高风险组PFS显著缩短（HR=2.003, p<0.0001）；该模型在独立验证队列（n=71）中得到外部验证（HR=1.484, p=0.0262）（Fig. 5I-K）。该风险模型富集了与耐药相关的转录程序，表明空间转录组所发现的微环境特征基因具有跨平台、跨队列的稳健预后预测能力。
此外，对5例髓外病变的Visium HD分析显示，相较于骨髓，髓外病变中浆细胞富集邻域的非经典Wnt信号进一步增强（WNT5B、DKK1、ROR2上调），同时T细胞细胞毒性基因（GZMB、GNLY）及趋化因子（CCL5、CXCL9、CXCL10）进一步下调，空间上呈现细胞毒性T细胞与趋化因子表达区域的解耦（Fig. 6H-I）。这提示，上述空间特征随疾病进展至髓外阶段而加剧，可能参与晚期MM耐药表型的形成，成为晚期MM的潜在治疗靶点。
图5.基于独立单细胞队列的空间差异基因预后评估与15基因签名构建
图6.Visium HD揭示髓外病变中非经典Wnt信号增强及T细胞免疫抑制的空间特征
本研究充分发挥了空间转录组与单细胞测序的技术互补优势：Visium HD以全转录组无偏检测实现空间层面的广度发现，Xenium以单细胞分辨率实现关键信号的原位精准验证，而独立单细胞队列则提供了深度转录组解析与临床预后转化能力。三者的闭环整合策略，成功构建了从空间发现到临床验证的高通量多组学路径，为肿瘤微环境研究提供了高置信度的技术范式。
参考文献：
【1】Ohlstrom DJ, Michaud ME, Bakhtiari M, et al. Spatial multi-omics of multiple myeloma uncovers niche-dependent pro-myeloma and immunosuppressive signaling in the bone marrow and extramedullary lesions. bioRxiv. 2026. doi: 10.64898/2026.03.23.713195.
文案：李秋燕
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