近日，中山大學(xué)鄭健、林東昕等在期刊《Gut》上發(fā)表題為“Single-cell transcriptomic analysis deciphers heterogenous cancer stem-like cells in colorectal cancer and their organ-specific metastasis”的研究論文，研究破譯了原發(fā)性結(jié)直腸癌組織、結(jié)直腸癌肝和卵巢轉(zhuǎn)移組織中異質(zhì)性癌細(xì)胞的亞型，以及單細(xì)胞分辨率下器官特異性結(jié)直腸癌轉(zhuǎn)移的特征。
研究背景
結(jié)直腸癌（CRC）是世界上第三大常見和致命的癌癥。腫瘤轉(zhuǎn)移占結(jié)直腸癌死亡的 90%，據(jù)報(bào)道 5 年生存率為 <20%。雖然結(jié)直腸癌常見的轉(zhuǎn)移部位是淋巴結(jié)、肝臟和肺，但一部分結(jié)直腸癌可以轉(zhuǎn)移到骨骼和卵巢。結(jié)直腸癌的卵巢轉(zhuǎn)移被認(rèn)為是由惡性細(xì)胞通過腹水從漿膜表面擴(kuò)散到腹膜腔直接定植的。在過去的五十年中，對各種類型癌癥的研究表明，盡管腫瘤中存在許多異質(zhì)性細(xì)胞，但只有某些類型的惡性細(xì)胞才能驅(qū)動(dòng)復(fù)發(fā)和遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移。然而，迄今為止，似乎還沒有關(guān)于哪種亞型異質(zhì)性結(jié)直腸癌細(xì)胞更適合遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移的系統(tǒng)研究。
單細(xì)胞RNA測序（scRNA-seq）可以解剖異質(zhì)性腫瘤并破譯細(xì)胞組成。近期的研究比較了原發(fā)性結(jié)直腸癌及其肝轉(zhuǎn)移性結(jié)直腸癌（lCRC）微環(huán)境中的細(xì)胞組成，發(fā)現(xiàn)與原發(fā)性結(jié)直腸癌相比，某些免疫細(xì)胞亞型（如腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞和周細(xì)胞）在lCRC中顯著富集。另一項(xiàng)研究報(bào)告稱，與原發(fā)性結(jié)直腸癌相比，lCRC 中未成熟漿細(xì)胞增加，但活化的 B 細(xì)胞減少。盡管這些研究表明了不同免疫特征在結(jié)直腸癌和l結(jié)直腸癌微環(huán)境中的重要性，但仍未揭示哪種惡性細(xì)胞亞型是轉(zhuǎn)移罪魁禍?zhǔn)?。此外，?jù)我們所知，卵巢轉(zhuǎn)移性結(jié)直腸癌（oCRC）的腫瘤微環(huán)境和細(xì)胞組成從未被探索過。
研究進(jìn)展
我們對 7 例遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移的 CRC 患者的 29 份樣本進(jìn)行了 scRNA-seq，包括 8 例原發(fā)性 CRC、5 例 oCRC、2 例 lCRC、7 例鄰近正常組織和 7 例外周血單核細(xì)胞 （PBMC）。我們還下載了來自 24 名患者的 41 個(gè)樣本的公開 scRNA-seq 數(shù)據(jù)，包括 29 個(gè) CRC 和 12 個(gè)鄰近正常組織，以增加統(tǒng)計(jì)功效。在這 24 例患者中，有 3 例有遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移，但無法獲得詳細(xì)的轉(zhuǎn)移信息。因此，在終分析中，我們有 31 例 CRC 患者，包括 10 例遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移。所有結(jié)直腸癌均被診斷為微衛(wèi)星穩(wěn)定型（MSS）結(jié)直腸癌。患者和組織樣本的工作流程和詳細(xì)信息如圖1A所示。
CRC樣本采集、scRNA-seq和空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)分析的示意圖，以及與公開數(shù)據(jù)集的聯(lián)合分析
我們對表達(dá)EPCAM和KRT18的上皮細(xì)胞進(jìn)行了亞分類，發(fā)現(xiàn)所有患者都存在14種細(xì)胞亞型（圖2A）。這14種細(xì)胞亞型的標(biāo)記基因如圖2B所示。 在14種細(xì)胞亞型中，我們鑒定了5種惡性細(xì)胞亞型，包括高表達(dá)ASCL2和PTPRO的干細(xì)胞樣細(xì)胞、表達(dá)DNAJB1和RND3的DNAJB1惡性細(xì)胞、表達(dá)FDPS和SCD的FDPS惡性細(xì)胞、表達(dá)GPRC5A和SLC2A1的GPRC5A惡性細(xì)胞以及表達(dá)IL32和S100A11的IL32惡性細(xì)胞（圖2B）。我們發(fā)現(xiàn)腸細(xì)胞在正常結(jié)直腸組織中富集，膽管細(xì)胞在lCRC和干細(xì)胞樣細(xì)胞中富集，其他惡性細(xì)胞亞型在原發(fā)性和轉(zhuǎn)移性CRC樣本中富集（圖2C）。來自原發(fā)性結(jié)直腸癌和轉(zhuǎn)移性結(jié)直腸癌的干細(xì)胞樣惡性細(xì)胞亞型的DNA拷貝數(shù)變異明顯高于鄰近正常組織的上皮細(xì)胞（圖2D-E）。然后，我們應(yīng)用CytoTRACE14預(yù)測了5種惡性細(xì)胞亞型的分化狀態(tài)，結(jié)果顯示干細(xì)胞樣細(xì)胞在lCRC或oCRC中具有明顯高于其他細(xì)胞類型的分化潛力?；诜謪^(qū)的圖抽象分析表明，與其他上皮細(xì)胞亞型相比，干細(xì)胞樣細(xì)胞與惡性細(xì)胞亞型的進(jìn)化關(guān)系更密切（圖2F）。RNA速度分析表明，流動(dòng)方向是從干細(xì)胞樣細(xì)胞到其他惡性細(xì)胞亞型（圖2F）。此外，在所有上皮細(xì)胞亞型中，干細(xì)胞樣細(xì)胞具有較高的干性特征評分（圖2G）。這些結(jié)果表明，干細(xì)胞樣細(xì)胞可能是CRC轉(zhuǎn)移的始作俑者。
干細(xì)胞樣細(xì)胞是結(jié)直腸癌轉(zhuǎn)移的始作俑者
研究結(jié)論
總之，通過使用整合scRNA-seq、空間轉(zhuǎn)錄組分析和功能測定，我們發(fā)現(xiàn)了一個(gè)以PTPRO和ASCL2為轉(zhuǎn)移罪魁禍?zhǔn)椎母杉?xì)胞樣細(xì)胞簇，其亞群顯示出進(jìn)一步不同的肝臟或卵巢器官趨性。在原發(fā)性結(jié)直腸癌中，轉(zhuǎn)移的結(jié)直腸癌細(xì)胞通過NOTCH信號(hào)通路與CAF和D內(nèi)皮細(xì)胞相互作用，為其轉(zhuǎn)移獲取營養(yǎng)和能量。我們的研究結(jié)果揭示了器官特異性CRC轉(zhuǎn)移的轉(zhuǎn)移罪魁禍?zhǔn)住４送?，先前的研究?bào)道了包括 LGR5 和 AXIN2 在內(nèi)的 Wnt 靶基因是上皮組織中的功能性干細(xì)胞標(biāo)志物，而 ASCL2 僅限于胃和腸道干細(xì)胞。Wang 等人表明，高水平的 ASCL2 表達(dá)對于維持胃 CSC 的自我更新特性和致癌性至關(guān)重要。 因此，我們的發(fā)現(xiàn)也可能與其他胃腸道癌癥有關(guān)，尤其是胃癌，這值得深入研究。
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