四川大学【单细胞转录测序】单细胞转录图谱揭示酪氨酸激酶在结直肠肿瘤发生中作用

导读

腺瘤-癌序列是散发性结直肠癌发展的公认路线图。然而，异常上皮细胞的细胞异质性限制了我们对大肠组织癌变的理解。在这里，研究者对54,788个细胞进行了单细胞RNA测序调查，这些细胞来自患者匹配的组织样本，包括血液、正常组织、癌旁组织、息肉和结直肠癌。在癌变的每个阶段，研究者描述了不同细胞群的细胞类型、转录特征和差异表达基因。在单细胞尺度上定义了正常、良性和恶性三个阶段上皮细胞的分子特征。对腺瘤和癌前体细胞群进行鉴定和表征，然后进行大群组活组织检查。蛋白酪氨酸激酶(PTKs)、BMX和HCK被认为是腺瘤发生的潜在驱动因素。在正常和腺瘤活检的腺瘤前体细胞群中观察到特异性的BMX和HCK上调。BMX和HCK过表达可显著促进大肠上皮细胞的增殖。重要的是，在器官培养系统中，BMX和HCK上调导致多层息肉样芽的形成，向器官样腔突出，类似于结直肠癌中经常观察到的病理息肉形态。分子机制分析表明，BMX或HCK上调激活了JAK-STAT通路。综上所述，该研究在单细胞分辨率下改进了目前关于结直肠上皮细胞在癌变过程中进化的知识。这些发现可能会改善结直肠癌的诊断和治疗。

论文ID

题目：Single-cell transcriptomic profiling unravels the adenoma-initiation role of protein tyrosine kinases during colorectal tumorigenesis

译名：单细胞转录图谱揭示蛋白酪氨酸激酶在结直肠肿瘤发生中的腺瘤起始作用

期刊：Signal Transduction and Targeted Therapy               

IF：18.187

发表时间：2022.2.28

通讯作者单位: 四川大学

DOI号：https://doi.org/10.1038/s41392-022-00881-8

主要内容

结直肠癌(CRC)是全球第三大最常见的癌症，每年约有180万新病例和880,800人死亡。在所有亚型中，散发性(或非遗传性)型约占新发结直肠癌病例的65%。腺癌序列是散发性结直肠癌发展的既定模式，其中腺瘤被认为是可能导致结直肠癌发展的主要癌前病变。我们现在从基因组学、表观遗传学、转录学和蛋白质组学的角度对腺瘤-癌序列有了一个全面的看法。关于结直肠癌的发病机制，研究者发现~70%的腺瘤携带APC突变。癌变是通过KRAS(或BRAF)癌基因的激活突变和TP53抑癌基因的失活突变来触发的。这些异常的遗传改变通常伴随着由于mlh1基因启动子甲基化而导致的高度微卫星不稳定性。

虽然这些分子机制为结直肠癌的治疗和预后提供了指导，但研究者仍然没有确定在前体细胞群中腺瘤发生的驱动因素。了解腺瘤的发病机制将为结直肠癌的预防、诊断和治疗提供线索。肿瘤内恶性细胞的异质性是肿瘤生物学的一个关键特征，阐明个体群体的特征将提高治疗反应和患者的生存。然而，传统的分子图谱在很大程度上依赖于Sanger测序或大块组织分析，模糊了腺瘤和癌中不同细胞群体的特征。为了改善这一现状，有必要全面描述结直肠癌发生过程中细胞亚群的表型和分期。

样品采集和质量控制

在过去的几十年里，人们利用大量测序技术深入研究了结直肠腺瘤-癌序列背后的驱动事件和分子机制。然而，在这项研究之前，单细胞转录组水平上皮细胞的进化和相关的分子特征仍未被探索。在这里，研究者同时收集了一系列患者配对的样本，并进行了scRNA-seq来追踪CRC的演变。研究者系统地描述了不同的上皮细胞群从正常组织到腺瘤最后到癌的动态演变。

使用GSVA和DEGS分析将上皮细胞群体定义为三个典型的阶段(生理、良性和恶性)，并通过公共数据库进行验证。在肿瘤发生的连续阶段，前体细胞可能包括具有中间特征的少数群体。例如，腺瘤前体细胞群体可能包括正常细胞和腺瘤细胞的混合群体。同样，癌前体物可能由腺瘤加癌细胞组成。基于这一假设，研究者使用转录签名和轨迹分析成功地识别了这两个中间群体。此外，研究者发现BMX或HCK可能驱动正常-腺瘤转化，而KRAS激活和P53异常调节驱动腺瘤-癌转化。值得注意的是，在器官模型中，BMX或HCK单独驱动息肉样结构的形成，强调它们对腺瘤起始的强烈影响。然后，研究者通过免疫组织化学(IHC)对大量队列中的标记基因进行评估，证实了这些前体细胞的存在和分布。这些观察填补了结直肠癌发生的进化路线图的空白，并可能提高我们对结直肠癌恶变机制的理解。该研究结果可能有助于为结直肠癌易感人群制定预防策略。

结直肠正常、癌旁、腺瘤和癌组织的细胞类型构成

总结

综上所述，本研究侧重于结直肠癌发生过程中上皮细胞的进化。利用患者匹配的scRNA-seq数据，研究者表征了腺瘤-癌序列每个阶段的上皮细胞群，并确定了启动腺瘤和癌的潜在前体细胞。该研究的数据集将为进一步探索结直肠癌发生过程中恶变的分子机制提供有价值的资源。此外，该研究为早期预防和开发针对结直肠癌上皮细胞恶变的新的治疗方案提供了理论基础。

原文链接

https://doi.org/10.1038/s41392-022-00881-8

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