鑽石舞台

導讀

腺瘤-癌序列是散發性結直腸癌發展的公認路線圖。然而，異常上皮細胞的細胞異質性限制了我們對大腸組織癌變的理解。在這裡，研究者對54,788個細胞進行了單細胞RNA測序調查，這些細胞來自患者匹配的組織樣本，包括血液、正常組織、癌旁組織、息肉和結直腸癌。在癌變的每個階段，研究者描述了不同細胞群的細胞類型、轉錄特徵和差異表達基因。在單細胞尺度上定義了正常、良性和惡性三個階段上皮細胞的分子特徵。對腺瘤和癌前體細胞群進行鑑定和表徵，然後進行大群組活組織檢查。蛋白酪氨酸激酶(PTKs)、BMX和HCK被認為是腺瘤發生的潛在驅動因素。在正常和腺瘤活檢的腺瘤前體細胞群中觀察到特異性的BMX和HCK上調。BMX和HCK過表達可顯著促進大腸上皮細胞的增殖。重要的是，在器官培養系統中，BMX和HCK上調導致多層息肉樣芽的形成，向器官樣腔突出，類似於結直腸癌中經常觀察到的病理息肉形態。分子機制分析表明，BMX或HCK上調激活了JAK-STAT通路。綜上所述，該研究在單細胞分辨率下改進了目前關於結直腸上皮細胞在癌變過程中進化的知識。這些發現可能會改善結直腸癌的診斷和治療。

論文ID

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

譯名：單細胞轉錄圖譜揭示蛋白酪氨酸激酶在結直腸腫瘤發生中的腺瘤起始作用

期刊：Signal Transduction and Targeted Therapy

IF：18.187

發表時間：2022.2.28

通訊作者單位: 四川大學

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

主要內容

結直腸癌(CRC)是全球第三大最常見的癌症，每年約有180萬新病例和880,800人死亡。在所有亞型中，散發性(或非遺傳性)型約占新髮結直腸癌病例的65%。腺癌序列是散發性結直腸癌發展的既定模式，其中腺瘤被認為是可能導致結直腸癌發展的主要癌前病變。我們現在從基因組學、表觀遺傳學、轉錄學和蛋白質組學的角度對腺瘤-癌序列有了一個全面的看法。關於結直腸癌的發病機制，研究者發現~70%的腺瘤攜帶APC突變。癌變是通過KRAS(或BRAF)癌基因的激活突變和TP53抑癌基因的失活突變來觸發的。這些異常的遺傳改變通常伴隨着由於mlh1基因啟動子甲基化而導致的高度微衛星不穩定性。

雖然這些分子機制為結直腸癌的治療和預後提供了指導，但研究者仍然沒有確定在前體細胞群中腺瘤發生的驅動因素。了解腺瘤的發病機制將為結直腸癌的預防、診斷和治療提供線索。腫瘤內惡性細胞的異質性是腫瘤生物學的一個關鍵特徵，闡明個體群體的特徵將提高治療反應和患者的生存。然而，傳統的分子圖譜在很大程度上依賴於Sanger測序或大塊組織分析，模糊了腺瘤和癌中不同細胞群體的特徵。為了改善這一現狀，有必要全面描述結直腸癌發生過程中細胞亞群的表型和分期。

樣品採集和質量控制

在過去的幾十年裡，人們利用大量測序技術深入研究了結直腸腺瘤-癌序列背後的驅動事件和分子機制。然而，在這項研究之前，單細胞轉錄組水平上皮細胞的進化和相關的分子特徵仍未被探索。在這裡，研究者同時收集了一系列患者配對的樣本，並進行了scRNA-seq來追蹤CRC的演變。研究者系統地描述了不同的上皮細胞群從正常組織到腺瘤最後到癌的動態演變。

使用GSVA和DEGS分析將上皮細胞群體定義為三個典型的階段(生理、良性和惡性)，並通過公共數據庫進行驗證。在腫瘤發生的連續階段，前體細胞可能包括具有中間特徵的少數群體。例如，腺瘤前體細胞群體可能包括正常細胞和腺瘤細胞的混合群體。同樣，癌前體物可能由腺瘤加癌細胞組成。基於這一假設，研究者使用轉錄簽名和軌跡分析成功地識別了這兩個中間群體。此外，研究者發現BMX或HCK可能驅動正常-腺瘤轉化，而KRAS激活和P53異常調節驅動腺瘤-癌轉化。值得注意的是，在器官模型中，BMX或HCK單獨驅動息肉樣結構的形成，強調它們對腺瘤起始的強烈影響。然後，研究者通過免疫組織化學(IHC)對大量隊列中的標記基因進行評估，證實了這些前體細胞的存在和分布。這些觀察填補了結直腸癌發生的進化路線圖的空白，並可能提高我們對結直腸癌惡變機制的理解。該研究結果可能有助於為結直腸癌易感人群制定預防策略。

結直腸正常、癌旁、腺瘤和癌組織的細胞類型構成

總結

綜上所述，本研究側重於結直腸癌發生過程中上皮細胞的進化。利用患者匹配的scRNA-seq數據，研究者表徵了腺瘤-癌序列每個階段的上皮細胞群，並確定了啟動腺瘤和癌的潛在前體細胞。該研究的數據集將為進一步探索結直腸癌發生過程中惡變的分子機制提供有價值的資源。此外，該研究為早期預防和開發針對結直腸癌上皮細胞惡變的新的治療方案提供了理論基礎。

原文鏈接

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

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