Nature子刊：王淩华等首次在单细胞水平揭示胃癌患者肿瘤内部异质性的细胞起源，并发现谱系组成与患者生存显著相关

2021

01/12

生物世界

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胃癌的发病率和致死率高居消化道恶性肿瘤前列。胃癌患者发现时多为晚期，且多伴有腹腔转移，此类患者预后较差，总体生存时间不足6个月，普遍对化疗和免疫治疗耐药。目前，人们对于晚期胃癌的了解仍然非常有限。通过多组学分析，TCGA将原发胃癌分为4种分子分型，其中EBV阳性和微卫星不稳定型原发胃癌具有较好的预后。然而，这两种类型在晚期胃癌中非常罕见。

临床上，针对晚期胃癌患者的合理疗法十分有限，因此亟需改善胃癌治疗方案以改善患者的生存状况。众所周知，胃癌患者存在个体差异，胃癌本身具有高度 瘤内异质性 （Intratumoral heterogeneity， ITH ）。ITH是肿瘤细胞存活的基础，也是导致肿瘤细胞耐药的首要原因和改善患者预后的主要障碍。然而，人们对肿瘤内部异质性的细胞起源知之甚少。深入了解胃癌ITH的细胞或分子基础有助于改善胃癌患者的治疗策略。近年来高速发展的单细胞测序技术为人们更好地了解肿瘤内细胞异质性提供强有力的支持。

近日，德克萨斯大学MD安德森癌症中心的 王淩华团队和 Jaffer Ajani、 宋淑梅团队（第一作者为王瑞萍博士）合作在 Nature Medicine 杂志在线发表了题为： single-cell dissection of intratumoral heterogeneity and lineage diversity in metastatic gastric adenocarcinoma 的研究论文。

该研究对胃癌晚期腹腔转移病人腹水中的肿瘤细胞做了非常系统的单细胞转录组学上的解析，首次揭示了胃癌病人肿瘤内部异质性的细胞起源。通过比较长生存期患者和短生存期患者的腹水肿瘤细胞，发现了肿瘤细胞谱系组成和患者生存显著相关。

研究者共收集了来自20名伴有腹腔积液的胃癌晚期患者的腹腔转移细胞，进行了10x单细胞RNA测序分析。其中10名是长生存期患者（自腹腔转移诊断起，生存时间12个月以上），10名短生存期患者（自腹腔转移诊断起，生存时间6个月以内）。经过质量控制后，得到了 45,048个单细胞的基因表达数据。研究者应用常用基因标志识别出了上皮细胞、B细胞、CD4 T细胞、CD8 T细胞、髓细胞、和成纤维细胞，并集中分析了31,131个腹水肿瘤上皮细胞。

为了推断腹水肿瘤细胞的谱系起源，研究者将上皮细胞的表达数据与浙江大学 郭国骥团队建立的 Human Cell Landscape (scHCL)数据库进行了比对。一个有趣的现象是，尽管所有腹腔转移的肿瘤细胞均来自原发胃癌，仅有70%的肿瘤细胞具有与胃上皮细胞相似的基因表达模式，而剩余将近26%的细胞则表现出了与其他消化道（GI）上皮细胞相似的表达模式，尤其是21%的细胞表现出了与肠道上皮细胞相似的表达模式。为了确定scHCL数据库比对结果的准确性，研究者首先排除了此类细胞是doublet的可能性和技术上的干扰等，进一步发现此类细胞确实高表达已知肠上皮的基因标志。

研究者运用多种单细胞聚类分析方法从转录组水平揭示了决定ITH的细胞谱系组成，细胞表型和细胞状态的多样性。通过进一步的单细胞综合分析发现，肿瘤细胞CNV亚克隆、转录组聚类、基因组突变和推测的细胞谱系起源有关。

研究者还发现肿瘤细胞的增殖周期和增殖状态以及信号通路均与推测的细胞谱系起源和组成有关。另外，研究者发现 17q拷贝数扩增是胃源性细胞特有的CNV并且与差预后相关。17q与预后的关系在独立数据集TCGA和胃癌转移数据集中得到验证。

基于细胞起源组分的不同，研究者将肿瘤样本划分为Gastric-dominant和GI-mixed两种亚型。通过两组间的生存分析，研究者发现Gastric-dominant组的患者预后较差，而GI-mixed组的患者预后较好。研究者进一步基于两组间的基因表达差异识别了和患者生存相关的基因特征（12-gene signature）。最后对该特征在独立的胃癌腹腔转移数据库和4组公共的原发胃癌数据库中的预后效能进行了验证，结果显示该组基因特征均具有很强的预后分类效能，且独立于其他临床因素。

综上所述，该研究对胃癌腹腔转移的肿瘤细胞的内部异质性及其起源在单细胞水平进行了全面的刻画, 朝着更好地了解这些肿瘤细胞的单细胞生物学迈出了重要的第一步，但是我们还有更多工作要做。将来，研究者们期望能够扩大样本量，更深入地探究肿瘤细胞起源的多样性及可塑性的调控机制，识别新的治疗靶点，以期更好地指导临床治疗，改善患者生存，实现胃癌精准医学。