【单细胞文献解读】转移性胃癌的瘤内异质性和谱系多样性

导语

GUIDE ╲

胃癌致死率位居世界第三，腹膜转移是胃癌中最常见的转移方式。一旦发生腹膜转移，临床上缺乏有效的治疗手段，患者的预后较差，生存时间不足六个月。因此，研究腹膜转移的胃癌瘤内异质性可以解释耐药原因，改善患者预后。

背景介绍

今天，小编以2021年1月发表于Nature Medicine (IF:30.641)的文章，来梳理一下关于胃癌的腹膜转移单细胞研究。

数据介绍

• 患者及样本：收集20名晚期胃癌患者的腹水，并在腹水中分离出腹膜癌细胞，所有患者均为微卫星稳定的弥漫性胃癌，其中10名患者预后较好，10名患者预后较差。
• 测序平台：10x Genomics
• 组学检测：20名患者scRNA-seq，6名患者bulk WES-seq.

结果解析

01

转移性胃癌的单细胞图谱

利用k-BET方法去除批次效应，共获得了45,048个细胞，其中包括31,131个肿瘤细胞，非肿瘤细胞包括：B细胞，CD4+T细胞，CD8+T细胞，髓系细胞以及成纤维细胞。

由于5名患者的肿瘤细胞少于50个，在后续的分析时将其排除掉。剩余15名患者的细胞进一步细分为14个亚群(Fig.b)。

• 在不同胃癌患者的腹膜癌细胞中，免疫细胞按细胞类型聚集在一起，而肿瘤细胞按患者聚集在一起，说明肿瘤细胞在患者间存在高度异质性(Fig.c)。
• 虽然临床上认为这些腹膜转移的样本均来源于胃腺癌，但单细胞数据显示这些肿瘤细胞来源于不同的谱系，包括胃源型细胞、十二指肠样细胞以及结肠上皮细胞等(Fig.d,e)，说明腹膜转移癌细胞中上皮细胞的多样性。
• 肠型上皮细胞与胃源型上皮细胞明显聚成两个不同的类 (Fig h)。

02

胃癌腹膜转移肿瘤细胞的异质性

以IP-067患者为例，从三个角度研究瘤内异质性。

• 利用inferCNV来观察不同肿瘤细胞的CNV变化（图中）。
• 根据CNV的结果，计算肿瘤细胞的Bhattacharyya距离构建进化树，可将肿瘤细胞分为5类（B1-B5），其中B5（结肠源型细胞）和B2（胃源型细胞）距离较远。
• 利用monocle将肿瘤细胞区分为3种不同的状态，其中B1,B2,B3主要集中在C2状态，而B5集中在另一个状态C3中。
• 通过体细胞突变分析，只有26%的突变在C1，C2或C3细胞中同时存在。

对不同细胞亚群进行细胞周期分析，发现胃小凹细胞(stomach pit cell)亚群的细胞周期最活跃(c-e)。

03

17q拷贝数的扩增只在胃源型细胞中出现，且关联较差的预后

• CNV拷贝数的分析发现，17q扩增事件在胃源型细胞中普遍存在，且该事件与较差的预后相关。
• 在17q拷贝数扩增的区段上，识别到一些上调的基因(b,c)，这些基因参与了关键的信号通路（PI3K/AKT/mTOR、mTORC1、MYC），或作为潜在的治疗靶点（HN1、GRB2、PSMB3），也有些基因被认为是活性化合物。
• 在两个独立的验证集中，也发现发生17q拷贝数扩增的患者预后较差（d-e）。

04

生物学信号的异质性与肿瘤谱系有关

• 研究不同细胞亚型间的通路变化(a)，发现了在不同的肿瘤细胞谱系中有80条通路的差异基因表达，其中37条通路与患者生存密切相关(b)。
• 这些信号通路主要包含如下五类：致癌信号通路、细胞周期信号通路、DNA修复信号通路、代谢信号通路和免疫信号通路。
• 胃源型肿瘤细胞富集在了影响预后的细胞周期通路、DNA修复、PI3K/AKT/mTOR、mTORC1、Wnt、NF-κB和代谢重编程等致癌通路。肠型肿瘤细胞富集在了影响预后的防御、IL-7信号、补体级联、IL-6/JAK/STAT3信号和干扰素 γ信号等免疫信号通路。这些结果表明，不同的生物过程可能关联不同的肿瘤细胞谱系或转录组状态，并影响患者的生存。
• 通路相互作用分析表明，这些通路在功能上是存在crosstalk的(4c)。

• 利用CIBERSORT，进一步在公共数据库中比较 胃源型和胃肠混合型两组中免疫微环境的差异(d)，发现胃肠混合型的分组中，B细胞的丰度增加，M1型巨噬细胞（促炎）比例较高，而M2型巨噬细胞（抗炎）比例较低，肿瘤相关成纤维细胞的浸润较低，进一步验证了胃肠混合型的肿瘤在免疫上更活跃。

05

构建影响预后的12个基因signature

在单细胞数据中构建胃源型细胞vs胃肠混合型细胞的siganture，该特征可以预测患者的生存能力。胃源型腹膜组的患者生存时间比混合型患者更短，该siganture预测生存的能力在公共数据队列中得到了进一步验证。

小编总结

转移性胃癌的患者进行单细胞水平的研究，理解这种肿瘤异质性有助于理解耐药机制，辅助临床决策。研究者发现胃源型腹膜癌细胞的患者侵袭性更强，预后更差。而混合肠型患者的免疫能力较强，预后更好。并进一步构建了由12个基因组成的signature，可以对患者的生存进行分层。