胃癌的發(fā)病率和死亡率在全球范圍內(nèi)均位居前列，在亞洲、東歐等地區(qū)則更高。

造成這一現(xiàn)象的一大因素就是，胃癌在患者之間存在著高度的組織學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)以及基因組學(xué)差異，這導(dǎo)致患者的臨床表現(xiàn)以及對(duì)治療的應(yīng)答程度并不一致。

除此之外，患者體內(nèi)腫瘤細(xì)胞之間的異質(zhì)性，也影響著腫瘤的發(fā)展和治療的效果。然而，科學(xué)家們對(duì)胃癌的異質(zhì)性特征，還缺乏較為全面的理解。

近日，由杜克-新加坡國立大學(xué)醫(yī)學(xué)院的Patrick Tan教授領(lǐng)銜的研究團(tuán)隊(duì)，在《癌癥發(fā)現(xiàn)》期刊發(fā)表重要研究成果。

他們利用來自31例不同臨床分期和組織學(xué)亞型的胃癌患者的48個(gè)樣本，產(chǎn)生了包含超過200000個(gè)胃癌細(xì)胞的單細(xì)胞圖譜，為胃癌的腫瘤內(nèi)和腫瘤間的細(xì)胞譜系研究，提供了高分辨率的分子數(shù)據(jù)資源。

在胃癌患者的臨床治療中，考慮胃癌的異質(zhì)性并能識(shí)別驅(qū)動(dòng)異質(zhì)性的分子通路，被認(rèn)為是能改善患者預(yù)后的措施，也是眾多研究者們的目標(biāo)。

一些基于TCGA和ACRG數(shù)據(jù)的研究也證實(shí)了這一點(diǎn)，但它們大都關(guān)注于胃癌患者間的異質(zhì)性（inter-patient heterogeneity），而越來越多的科學(xué)家認(rèn)為胃癌患者還有著高度的體內(nèi)癌細(xì)胞間的異質(zhì)性（intra-patient heterogeneity， ITH）。

因此，需要有關(guān)于胃癌患者高分辨率的數(shù)據(jù)，來研究胃癌細(xì)胞在體內(nèi)如何進(jìn)化、選擇和適應(yīng)，以及指導(dǎo)臨床治療方案。

盡管一些分解算法能從傳統(tǒng)的bulk RNA-seq中分解出單個(gè)細(xì)胞系表達(dá)譜，并且有研究借此發(fā)現(xiàn)了胃癌的異質(zhì)性是由癌上皮細(xì)胞和微環(huán)境中其他細(xì)胞共同作用造成的[5]。但這種方法無法發(fā)現(xiàn)一些小規(guī)模細(xì)胞亞群，以及細(xì)胞間互作關(guān)系。

考慮到這些局限性，Patrick Tan團(tuán)隊(duì)采用了單細(xì)胞測序手段。

他們對(duì)來自31個(gè)有著不同的臨床分期、組織學(xué)特征、分子亞型的胃癌患者的48個(gè)腫瘤和相應(yīng)的正常胃部樣本進(jìn)行了單細(xì)胞測序，包含的細(xì)胞數(shù)量超過200000個(gè)。同時(shí)，為了研究體外培養(yǎng)對(duì)腫瘤及其微環(huán)境的影響，他們還對(duì)患者的體外腫瘤類器官進(jìn)行了單細(xì)胞測序。

對(duì)scRNA-seq數(shù)據(jù)的降維聚類分析發(fā)現(xiàn)了34種細(xì)胞類型，根據(jù)已報(bào)道的組織特異的標(biāo)志物，又可以分為5大類，這在后續(xù)的非監(jiān)督聚類中得到進(jìn)一步驗(yàn)證。

在所有細(xì)胞中，淋巴細(xì)胞不論是種類還是數(shù)量的都是最多的。

得益于所測序的細(xì)胞數(shù)量較多，他們還發(fā)現(xiàn)了一些新的罕見細(xì)胞類型STF4，它同時(shí)表達(dá)內(nèi)皮細(xì)胞以及成纖維細(xì)胞相關(guān)的標(biāo)志基因。

接著，通過比較原發(fā)性的胃癌樣本和相應(yīng)的正常組織樣本的單細(xì)胞表達(dá)譜，Patrick Tan團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)：在腫瘤中，上皮細(xì)胞比例小于正常組織，而髓樣細(xì)胞比例要大于正常組織。

不僅如此，相比于正常組織，腫瘤中上皮細(xì)胞會(huì)表達(dá)更高水平的與上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化，以及細(xì)胞運(yùn)動(dòng)能力相關(guān)的癌基因。

但前面的分析發(fā)現(xiàn)胃癌組織中有多種上皮細(xì)胞，為了確定哪一種上皮細(xì)胞為主要細(xì)胞（chief cell），研究人員比較了不同上皮細(xì)胞中一些胃癌相關(guān)癌基因的表達(dá)量，發(fā)現(xiàn)Epilnt1表現(xiàn)出上述基因的顯著上調(diào)。此外，與正常組織的上皮細(xì)胞相比，Epilnt1也有更多的拷貝數(shù)變異。

包含所有基因的分析發(fā)現(xiàn)，腫瘤各種類型上皮細(xì)胞上調(diào)和下調(diào)的基因數(shù)量存在差異，進(jìn)一步表明了腫瘤內(nèi)異質(zhì)性。

在基質(zhì)細(xì)胞中，研究人員發(fā)現(xiàn)成纖維細(xì)胞的三種亞型在一些CAF基因上存在表達(dá)調(diào)控的差異。

他們還比較了腫瘤和正常組織中的T細(xì)胞比例，結(jié)果與之前的報(bào)道一致——腫瘤組織中的T細(xì)胞比例更大。并且TCR在胃癌中表達(dá)的異質(zhì)性與其他類型腫瘤類似。

這些結(jié)果表明，在胃癌組織中來自上皮和微環(huán)境中的細(xì)胞會(huì)表達(dá)不同的癌基因，形成了腫瘤復(fù)雜的分子肖像，從而促進(jìn)腫瘤的發(fā)生發(fā)展。

臨床上根據(jù)Lauren分型可將胃癌分為彌漫型和腸型，這兩種類型的胃癌在組織結(jié)構(gòu)和生物行為上均存在差異，為了探究其背后的分子機(jī)制差異，研究人員利用他們測出來的這兩種類型胃癌的單細(xì)胞數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析。

在彌漫型和腸型胃癌的單細(xì)胞數(shù)據(jù)比較中，研究人員發(fā)現(xiàn)彌漫型胃癌的漿細(xì)胞比例更大而上皮細(xì)胞的比例更小。此前曾有研究報(bào)道在多發(fā)性骨髓瘤中KLF2調(diào)控漿細(xì)胞的歸巢，因此Patrick Tan團(tuán)隊(duì)猜測：彌漫型胃癌中出現(xiàn)更大比例的漿細(xì)胞可能是受到KLF2的調(diào)控[6]。

為了驗(yàn)證猜想，他們將腸型胃癌和彌漫型胃癌中漿細(xì)胞和上皮細(xì)胞的KLF2的表達(dá)量進(jìn)行了比較，發(fā)現(xiàn)彌漫型胃癌中超過50%的細(xì)胞出現(xiàn)KLF2上調(diào)，并且漿細(xì)胞的比例與上皮細(xì)胞中的KLF2表達(dá)量有關(guān)，而與漿細(xì)胞中的KLF2表達(dá)量無關(guān)。

他們認(rèn)為上皮細(xì)胞的KLF2表達(dá)可能與漿細(xì)胞的募集有關(guān)，在后續(xù)的空間轉(zhuǎn)錄組測序，以及小鼠實(shí)驗(yàn)中也驗(yàn)證了這一點(diǎn)。

腫瘤相關(guān)成纖維細(xì)胞（CAF）在腫瘤的生長、轉(zhuǎn)移、入侵中發(fā)揮重要作用，為了研究CAF在胃癌中的調(diào)控通路以及異質(zhì)性，研究人員利用scRNA-seq數(shù)據(jù)比較了不同臨床分期和組織學(xué)亞型的腫瘤樣本中三種成纖維細(xì)胞（STF1-3）的比例，發(fā)現(xiàn)隨著腫瘤進(jìn)入晚期，成纖維細(xì)胞的比例逐漸變大。

TGF-在其他癌癥中被報(bào)道能影響CAF的功能，那么在胃癌中是否有同樣的功能呢[7]？

研究人員首先分析了TGF-通路所包含的9個(gè)基因，在胃癌三種成纖維細(xì)胞中的表達(dá)情況，發(fā)現(xiàn)與正常組織相比，只有INHBA在STF2和STF3中出現(xiàn)上調(diào)。

隨后，通過INHBA與CAF的經(jīng)典標(biāo)志基因的共表達(dá)分析，研究人員發(fā)現(xiàn)INHBA在STF3中與FAP有著顯著的正相關(guān)關(guān)系。像之前一樣，他們也做了空間轉(zhuǎn)錄組分析來驗(yàn)證。

除此之外，Patrick Tan團(tuán)隊(duì)還評(píng)估了FAP和INHBA的共表達(dá)在臨床上的作用，他們發(fā)現(xiàn)隨著胃癌進(jìn)入晚期，STF3中表達(dá)INHBA和FAP的細(xì)胞就會(huì)越多，并且INHBA的表達(dá)量越高，患者的生存期越短。

和前面的結(jié)論串起來就是隨著癌癥進(jìn)入晚期，STF3的比例增加，表達(dá)INHBA和FAP的細(xì)胞數(shù)量也會(huì)增加，并且患者的生存期變短。

最后，研究人員探究了與體內(nèi)腫瘤細(xì)胞相比，體外腫瘤類器官培養(yǎng)對(duì)細(xì)胞轉(zhuǎn)錄狀態(tài)和整體的細(xì)胞比例的影響程度。

他們對(duì)腫瘤類器官的scRNA-seq數(shù)據(jù)做了一樣的降維聚類分析，發(fā)現(xiàn)盡管在各種細(xì)胞比例上和體內(nèi)腫瘤有一些差異，但是仍然存在內(nèi)部細(xì)胞異質(zhì)性，以及在一些胃癌相關(guān)的基因上與體內(nèi)腫瘤有著相同的調(diào)控趨勢。

值得一提的是，在類器官模型的細(xì)胞軌跡分析中，腫瘤組織的上皮細(xì)胞有著更多的軌跡分支，這與之前的一項(xiàng)研究的結(jié)論一致——腫瘤相關(guān)的上皮細(xì)胞有著更大的轉(zhuǎn)錄可塑性，這也可能是造成腫瘤內(nèi)異質(zhì)性的關(guān)鍵因素。(生物谷Bioon.com）

小編推薦會(huì)議 2021 （第四屆）單細(xì)胞多組學(xué)研究與臨床應(yīng)用峰會(huì)

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