空间转录组技术让我们得以明确基因在组织原位的位置与活性，但如何在真实复杂的组织中将特定的基因表达与生物学功能直接关联一直是一个巨大的挑战。尤其是对于多发性骨髓瘤（MM）这类高度依赖骨髓微环境（BMME）的疾病，肿瘤细胞并非孤立存在，而是与周围免疫细胞、基质细胞形成复杂的生态位，进而完成驱动耐药和免疫逃逸。实现这类疾病的空间信息分析对技术平台提出了很高的要求，而10x Genomics 的空间多组学技术为我们带来了新的解决方案。


2026年3月25日，来自佐治亚理工学院，埃默里大学等组成的研究团队在bioRxiv上发表了预印本文章 “Spatial multi-omics of multiple myeloma uncovers niche-dependent pro-myeloma and immunosuppressive signaling in the bone marrow and extramedullary lesions” 。该团队整合了10x Genomics Visium HD与Xenium两大平台，并结合了大规模临床注释的scRNA-seq 数据。通过对21例多发性骨髓瘤患者骨髓活检样本以及5例髓外病变的分析，首次绘制了骨髓及髓外病变的空间分子图谱，揭示了浆细胞密集生态位中非经典Wnt信号的异常激活与T细胞免疫抑制机制，并构建了预测无进展生存率的15个基因标志物。


空间细胞图谱与邻域划分

为给空间转录组分析提供可靠的注释信息，研究团队首先通过空间去卷积和贝叶斯收缩，识别了12种细胞类型。对半径50μm内的细胞组成进行无监督聚类，将微环境划分为7个空间邻域，包括1个浆细胞密集邻域及多个免疫邻域或混合邻域（图1）。而该结构也成功在Xenium数据中得到复现。


图1. 反卷积无监督聚类下的骨髓微环境

浆细胞密集区的非经典Wnt通路偏好性激活

接下来研究团队发现，位于浆细胞密集区的浆细胞与周围区域的基因表达存在显著差异。其中非经典Wnt通路激动剂WNT5B、WNT5A以及经典通路拮抗剂FRZB，显著上调（图2B-C），这明显偏离了经典Wnt信号体系。


为了验证这一信号是否真正作用于局部微环境，研究者进一步分析了空间距离与下游通路激活的关系。通过高分辨率的Visium HD 数据可以看到，距离配体越近（≤16μm），下游信号越强，一旦超过100μm，信号强度趋近于零（图2E）。进一步耦合Xenium数据得到的空间距离分析证实，浆细胞越靠近非经典Wnt配体，下游通路激活程度越高（图2F-G）。


图2. 在以浆细胞为主的邻域中的浆细胞富含非典型的Wnt信号

T细胞免疫耗竭与功能抑制

研究团队进一步观察了浆细胞密集区中免疫细胞的状态，发现各类免疫细胞均呈现转录抑制。T细胞变化最为显著，存在305个基因空间依赖性差异表达（图3C-D）。其中，T细胞耗竭标志物LAG3、CD27上调，细胞毒性基因GZMA、NKG7下调。


为了寻找驱动因素，研究者通过弹性网络回归，发现仅18个配体基因就贡献了99%的T细胞表达变化（图3E）。空间距离分析进一步证实，T细胞越靠近表达这些配体的细胞，其异常基因表达评分越高，Visium HD数据中相关系数达0.685（图3F），Xenium数据中也观察到一致的正向关联（图3G）。除此之外，在转录因子层面，FOXP3、E2F2活性升高，TBX21、EOMES下降（图3J），从调控层面解释了T细胞功能失活。



图3. 以浆细胞为主的邻近环境中，T细胞免疫耗竭与功能抑制

髓外病变对非典型Wnt信号的进一步富集

为验证上述空间信号是否在髓外病变（标志着疾病进一步的发展）中存在，研究团队对5例髓外病灶进行了相同的Visium HD分析。结果表明，超过90%的检测单元为浆细胞（图4D）。非经典Wnt信号进一步偏向DKK1、ROR2显著富集（图4H）。T细胞毒性损伤加重GZMB下降5倍（图4K），趋化因子CXCL9/10几乎缺失。空间邻近分析进一步证实T细胞距离毒性促进配体越远，毒性评分越低（图4L-M）。



图4. 髓外病变对非典型Wnt信号的进一步富集

15个基因标志物的构建与验证

基于以上结果，研究团队依靠Visium HD发现的2,054个空间差异表达基因，在单细胞队列中通过弹性网络筛选，构建了15个基因标志物（图5C、F），且在独立的验证队列进行了评估。结果显示，高风险组患者的无进展生存期显著缩短（图5J-K），证明该组标志物具有良好的跨队列泛化能力。其中WNT5B的表达在不同细胞遗传学亚型中无显著差异，且在复发患者中保持稳定，可能成为普适性生物标志物。



图5. 15个基因标志物的构建与验证

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小结

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本研究通过整合Visium HD、Xenium和scRNA-seq三大技术平台，首次在空间层面精准定位了多发性骨髓瘤中非经典Wnt信号异常激活，揭示了浆细胞密集区中非经典Wnt通路与T细胞耗竭的耦联机制，并构建了具有临床价值的15个基因标志物。这一“空间发现 - 单细胞验证 - 临床关联”的框架，为肿瘤微环境研究提供了可推广的技术路径。


参考文章：

bioRxiv preprint doi: https://doi.org/10.64898/2026.03.23.713195



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