胃癌单细胞图谱揭示细胞谱系、肿瘤微环境和特异性转录组表达模式

前言

题目：Single-cell atlas of lineage states, tumor microenvironment and subtype-specific expression programs in gastric cancer 日期：2022-03-01 期刊：Cancer Discovery 链接：https://aacrjournals.org/cancerdiscovery/article/12/3/670/681898/Single-Cell-Atlas-of-Lineage-States-Tumor

摘要

胃癌的异质性是治疗中的一大阻碍，作者拿到了31位包含各个临床分期和组织学分型的胃癌患者，并取得了48份标本，构建了一个全面的胃癌单细胞图谱(多达200,000个以上细胞)。鉴定了34个不同的细胞谱系状态，包括一种新的罕见细胞群。发现弥漫型胃癌中，浆细胞比例的增加与上皮细胞表达的KLF2相关，INHBA在癌症相关成纤维细胞 (CAF) 特定亚型中具有一定作用。另外还是要患者来源的类器官(PDOs)和原发性肿瘤的单细胞数据对比说明了谱系之间、谱系之内的相似性和差异性。

单细胞RNA测序发现了34个细胞亚群

作者选取了31个涵盖I到IV期及远处转移、不同分型的胃癌患者，取他们的手术或胃镜标本，以及邻近的正常组织，直接scRNA测序或经过类器官构建后进行scRNA测序，得到了20多万个细胞的测序数据。

作者直接用于scRNA测序的标本，共生成了约15万个细胞的测序结果，降维聚类分为浆细胞、淋巴细胞、骨髓细胞、基质细胞、上皮细胞五个大类，淋巴细胞总占比39.7%，T细胞占比20%，上皮细胞总占比20%，骨髓细胞、基质细胞、浆细胞分别占11.4%、14.4%、14.5%。之后根进一步区分出了34种细胞类型。

D图中的无监督聚类分析得到的细胞分型也跟B图的结果一致，其中上皮细胞Epithelial（包含肿瘤细胞），根据marker基因表达情况分为主细胞类型的EpiC (LIPF, PGA3; EpiC1-3) , 肠型的EpiInt(REG4, TFF3; EpiInt1；EpiInt2)，胃小凹粘膜细胞的EpiPit(MUC5AC, TFF1; EpiPit1；EpiInt12)；基质细胞Stromal包含6个细胞亚类，比较感兴趣的是pericytes (STF2; defined by RGS5 and NOTCH3), fibroblasts *(*STF1 and STF3, defined by LUM and DCN)

对不同大类的细胞进行发育轨迹推断。其中浆细胞的分化成熟过程与已知文献报道情况一致，分为浆母细胞（XBP1 high,SDC1 low）short lived浆细胞（SDC1 high），long lived浆细胞（SDC1，STAT3，IKZF3 high）

作者成功鉴定出一种新型且稀少的细胞类型STF4（只有800多个，占细胞总量的0.4% ）,它与内皮细胞marker（PLVAP）及成纤维细胞marker（RGS5）都有明显相关性，说明它很可能是由内皮细胞经过内皮间质转化而来的。

与细胞状态相关的特定转录模式

• 肿瘤中的上皮细胞含量低于正常组织样本，而骨髓细胞的含量高于正常组织，其他几类细胞之间无明显差异
• 肿瘤中的上皮细胞EMT评分要明显高于正常组织的上皮细胞
• CEACAM6, EGFR, MET, CCND1 and KRAS8几个胃癌的癌基因，在肠型上皮细胞1上调最明显
• 肿瘤中上皮细胞相比正常组织的拷贝数变异评分更高，而巨噬细胞间则没有明显差别
• 主细胞型和肠型上皮细胞相比正常组织也有大量的上调基因及少量的下调基因。下调的基因中，主细胞型中LIPF、PGA3是下调最明显的

发现多种不同类型的成纤维细胞

• STF1、2、3三个大类的细胞随着临床分期的进展，含量也逐渐升高，其中STF3占比最高
• CAF的一些典型marker（FAP、α-SMA、胶转蛋白的基因）在STF1、3表达上调，而STF2只有CSPG2这个基因上调
• 大量报道表明TGFβ通路可以调控CAF的功能，而激活素-抑制素通路是TGFβ通路的一个重要组成部分，它包含9个重要基因，其中只有INHBA（抑制素βA）在STF2、3型中明显上调

Digital Spatial Profiler : 蛋白质空间定位技术，将空间和分子分析技术相结合，能够以单细胞分辨率生成组织图像，同时生成RNA或蛋白分析物的分析数据。能够快速评估组织样本中的细胞异质性。

DSP结果显示，肿瘤组织中的成纤维细胞有更高水平的INHBA和FAP，并且两种的表达水平呈明显正相关关系

生存分析也显示INHBA高表达组预后更差

原位癌和类器官的对比分析

作者构建了胃癌及正常组织类器官，最后拿到了近5万个类器官细胞的测序数据。

类器官的细胞分类可以复现原位肿瘤的五大类细胞分类情况，但是各细胞的占比相比原发灶却很大差异，其中上皮细胞的基因变化是最少的。另外下调的多个基因参与经典的抗体介导的补体激活过程。上调基因富集通路包括了细胞对应激及营养缺乏的响应通路。

一张图总结