近日，中山大學鄭健、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)性癌細胞的亞型，以及單細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)移被認為是由惡性細胞通過腹水從漿膜表面擴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)性細胞，但只有某些類型的惡性細胞才能驅(qū)動復發(fā)和遠處轉(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)直腸癌細胞更適合遠處轉(zhuǎn)移的系統(tǒng)研究。
單細胞RNA測序（scRNA-seq）可以解剖異質(zhì)性腫瘤并破譯細胞組成。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)境中的細胞組成，發(fā)現(xiàn)與原發(fā)性結(jié)直腸癌相比，某些免疫細胞亞型（如腫瘤相關(guān)巨噬細胞和周細胞）在lCRC中顯著富集。另一項研究報告稱，與原發(fā)性結(jié)直腸癌相比，lCRC 中未成熟漿細胞增加，但活化的 B 細胞減少。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胞亞型是轉(zhuǎn)移罪魁禍首。此外，據(jù)我們所知，卵巢轉(zhuǎn)移性結(jié)直腸癌（oCRC）的腫瘤微環(huán)境和細胞組成從未被探索過。
研究進展
我們對 7 例遠處轉(zhuǎn)移的 CRC 患者的 29 份樣本進行了 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 例外周血單核細胞 （PBMC）。我們還下載了來自 24 名患者的 41 個樣本的公開 scRNA-seq 數(shù)據(jù)，包括 29 個 CRC 和 12 個鄰近正常組織，以增加統(tǒng)計功效。在這 24 例患者中，有 3 例有遠處轉(zhuǎn)移，但無法獲得詳細的轉(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?；颊吆徒M織樣本的工作流程和詳細信息如圖1A所示。
CRC樣本采集、scRNA-seq和空間轉(zhuǎn)錄組學分析的示意圖，以及與公開數(shù)據(jù)集的聯(lián)合分析
我們對表達EPCAM和KRT18的上皮細胞進行了亞分類，發(fā)現(xiàn)所有患者都存在14種細胞亞型（圖2A）。這14種細胞亞型的標記基因如圖2B所示。 在14種細胞亞型中，我們鑒定了5種惡性細胞亞型，包括高表達ASCL2和PTPRO的干細胞樣細胞、表達DNAJB1和RND3的DNAJB1惡性細胞、表達FDPS和SCD的FDPS惡性細胞、表達GPRC5A和SLC2A1的GPRC5A惡性細胞以及表達IL32和S100A11的IL32惡性細胞（圖2B）。我們發(fā)現(xiàn)腸細胞在正常結(jié)直腸組織中富集，膽管細胞在lCRC和干細胞樣細胞中富集，其他惡性細胞亞型在原發(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)直腸癌的干細胞樣惡性細胞亞型的DNA拷貝數(shù)變異明顯高于鄰近正常組織的上皮細胞（圖2D-E）。然后，我們應用CytoTRACE14預測了5種惡性細胞亞型的分化狀態(tài)，結(jié)果顯示干細胞樣細胞在lCRC或oCRC中具有明顯高于其他細胞類型的分化潛力?；诜謪^(qū)的圖抽象分析表明，與其他上皮細胞亞型相比，干細胞樣細胞與惡性細胞亞型的進化關(guān)系更密切（圖2F）。RNA速度分析表明，流動方向是從干細胞樣細胞到其他惡性細胞亞型（圖2F）。此外，在所有上皮細胞亞型中，干細胞樣細胞具有較高的干性特征評分（圖2G）。這些結(jié)果表明，干細胞樣細胞可能是CRC轉(zhuǎn)移的始作俑者。
干細胞樣細胞是結(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)了一個以PTPRO和ASCL2為轉(zhuǎn)移罪魁禍首的干細胞樣細胞簇，其亞群顯示出進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)直腸癌細胞通過NOTCH信號通路與CAF和D內(nèi)皮細胞相互作用，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)移罪魁禍首。此外，先前的研究報道了包括 LGR5 和 AXIN2 在內(nèi)的 Wnt 靶基因是上皮組織中的功能性干細胞標志物，而 ASCL2 僅限于胃和腸道干細胞。Wang 等人表明，高水平的 ASCL2 表達對于維持胃 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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