近日，中山大學鄭健、林東昕等在期刊《Gut》上發表題為“Single-cell transcriptomic analysis deciphers heterogenous cancer stem-like cells in colorectal cancer and their organ-specific metastasis”的研究論文，研究破譯了原發性結直腸癌組織、結直腸癌肝和卵巢轉移組織中異質性癌細胞的亞型，以及單細胞分辨率下器官特異性結直腸癌轉移的特征。

https://gut.bmj.com/content/early/2023/11/30/gutjnl-2023-330243

研究背景

 01 

結直腸癌（CRC）是世界上第三大最常見和致命的癌癥。腫瘤轉移占結直腸癌死亡的 90%，據報道 5 年生存率為 <20%。雖然結直腸癌最常見的轉移部位是淋巴結、肝臟和肺，但一部分結直腸癌可以轉移到骨骼和卵巢。結直腸癌的卵巢轉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性細胞，但只有某些類型的惡性細胞才能驅動復發和遠處轉移。然而，迄今為止，似乎還沒有關于哪種亞型異質性結直腸癌細胞更適合遠處轉移的系統研究。

單細胞RNA測序（scRNA-seq）可以解剖異質性腫瘤并破譯細胞組成。最近的研究比較了原發性結直腸癌及其肝轉移性結直腸癌（lCRC）微環境中的細胞組成，發現與原發性結直腸癌相比，某些免疫細胞亞型（如腫瘤相關巨噬細胞和周細胞）在lCRC中顯著富集。另一項研究報告稱，與原發性結直腸癌相比，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直腸癌和l結直腸癌微環境中的重要性，但仍未揭示哪種惡性細胞亞型是轉移罪魁禍首。此外，據我們所知，卵巢轉移性結直腸癌（oCRC）的腫瘤微環境和細胞組成從未被探索過。

研究進展

 02 

我們對 7 例遠處轉移的 CRC 患者的 29 份樣本進行了 scRNA-seq，包括 8 例原發性 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 數據，包括 29 個 CRC 和 12 個鄰近正常組織，以增加統計功效。在這 24 例患者中，有 3 例有遠處轉移，但無法獲得詳細的轉移信息。因此，在最終分析中，我們有 31 例 CRC 患者，包括 10 例遠處轉移。所有結直腸癌均被診斷為微衛星穩定型（MSS）結直腸癌。患者和組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和空間轉錄組學分析的示意圖，以及與公開數據集的聯合分析

我們對表達EPCAM和KRT18的上皮細胞進行了亞分類，發現所有患者都存在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）。我們發現腸細胞在正常結直腸組織中富集，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性和轉移性CRC樣本中富集（圖2C）。來自原發性結直腸癌和轉移性結直腸癌的干細胞樣惡性細胞亞型的DNA拷貝數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，結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。基于分區的圖抽象分析表明，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，干細胞樣細胞具有最高的干性特征評分（圖2G）。這些結果表明，干細胞樣細胞可能是CRC轉移的始作俑者。

干細胞樣細胞是結直腸癌轉移的始作俑者

研究結論

 03 

總之，通過使用整合scRNA-seq、空間轉錄組分析和功能測定，我們發現了一個以PTPRO和ASCL2為轉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。在原發性結直腸癌中，轉移的結直腸癌細胞通過NOTCH信號通路與CAF和D內皮細胞相互作用，為其轉移獲取營養和能量。我們的研究結果揭示了器官特異性CRC轉移的轉移罪魁禍首。此外，先前的研究報道了包括 LGR5 和 AXIN2 在內的 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重要。因此，我們的發現也可能與其他胃腸道癌癥有關，尤其是胃癌，這值得深入研究。

參考資料：

https://gut.bmj.com/content/early/2023/11/30/gutjnl-2023-330243