空间拓扑揭示结直肠癌中生物学上不同的复发性模式

大多数针对实体瘤的空间转录组分析，主要聚焦于单个细胞状态或单一样本中的空间域，而非跨患者共享的、可重复出现的多细胞组织结构；并且通常依赖于预先定义的细胞类型注释或区室划分。我们开发了 STORM（Spatial Topology analysis of Recurrent Motifs，复发性基序的空间拓扑分析），这是一种无监督图注意力变分自编码器，能够无需细胞类型标签、人工注释或预定义区室，直接从细胞水平的图结构和分子谱中学习复发性空间基序。我们将其应用于来自 16 例患者的 32 张 Xenium 切片，这些患者均具有配对的早发型（EOCRC）和平均发病年龄型（AOCRC）结直肠癌；STORM 识别出 10 种复发性基序，并自组织形成肿瘤实质、基质和免疫大区室。其中，硬化性纤维化屏障（Desmoplastic Fibrotic Barrier, DFB）基序作为一种富含 CAF 和 ECM 的边界结构，与 CD8 T 细胞对肿瘤核心的测地距离可及性受限相关，且这种相关性独立于 CD8 丰度；这一点通过丰度标准化邻域富集统计和样本内混合效应模型得到了证明。EOCRC 选择性地放大了这种屏障—排斥结构，表现为更紧密的肿瘤实质、更致密的 DFB 壳层，以及 DFB 特异性的 ECM 激活程序，并由此在 TCGA-COAD 中产生了年龄特异性的预后特征。通过 Vision Transformer 分类器将基序宏观类别转换到 H&E 图像后，我们构建了来源于图像的 DFB 屏障复合指标，该指标可预测 TCGA 晚期结直肠癌患者的总生存期。STORM 提供了一个无需注释的框架，用于发现复发性空间基序，并鉴定出一种成纤维细胞屏障结构：其与免疫排斥的拓扑关联独立于效应细胞丰度，在早发型疾病中被放大，并且可转化为可部署的、基于病理学的预后生物标志物。

yang.xie{at}utsouthwestern.edu

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大多数针对实体瘤的空间转录组分析，主要聚焦于单个细胞状态或单一样持有人为作者/资助方，其已授予 bioRxiv 永久展示该预印本的许可。

本文依据 CC-BY 4.0 国际许可协议 公开提供。

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发布于 2026 年 7 月 15 日。

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空间拓扑揭示结直肠癌中具有生物学差异的重复性基序

Jia Yao ， Yuqiu Yang ， Yi Jiang ， Qin Zhou ， Ling Cai ， Wenqi Shi ， Zhikai Chi ， Peiran Quan ， Munir Buhaya ， Bo Yao ， Guanghua Xiao ， Emina Huang ， Yang Xie

bioRxiv 2026.07.09.737584；

doi： https://doi.org/10.64898/2026.07.09.737584

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空间拓扑揭示结直肠癌中具有生物学差异的重复性基序

Jia Yao ， Yuqiu Yang ， Yi Jiang ， Qin Zhou ， Ling Cai ， Wenqi Shi ， Zhikai Chi ， Peiran Quan ， Munir Buhaya ， Bo Yao ， Guanghua Xiao ， Emina Huang ， Yang Xie

bioRxiv 2026.07.09.737584；

doi： https://doi.org/10.64898/2026.07.09.737584

📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.07.09.737584v1?rss=1

🏷️ 空间转录组 结直肠癌 肿瘤微环境 免疫排斥 成纤维细胞屏障 图神经网络