单细胞与转录组结合分析轻松可发6+！

导语

胃腺癌 (STAD) 是胃癌最常见的组织学类型，也是第五大最常见的癌症类型。STAD患者预后不良是由多种因素造成的，如晚期临床表现、遗传异质性和有效的耐药性。

背景介绍

单细胞研究一直是近些年的热点，今天小编为大家带来的这篇文章，作者通过单细胞与转录组数据，基于恶性细胞标志物的表达构建了胃腺癌 (STAD) 患者生存不良的多基因风险评分 (PRS)。文章发表在《Frontiers in Cell and Developmental Biology》上，影响因子为6.081，文章题目为：Identification and Validation of a Malignant Cell Subset Marker-Based Polygenic Risk Score in Stomach Adenocarcinoma Through Integrated Analysis of Bulk and Single-Cell RNA Sequencing Data。

数据介绍

表达数据：GSE66229, GSE113255, GSE84437, GSE26942。TCGA-STAD数据。

单细胞数据：GSE134520。

分析流程

结果解析

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稳健的胃腺癌和非恶性细胞标志物

在 GSE66229 数据集中，本研究共识别出 14224 个 DEGs，其中上调 7799 个，下调 6425 个（图 1A）。在 GSE113255 中，共鉴定出 8669 个 DEG，其中上调7473 个，下调1196 个（图 1B）。在 TCGA-STAD 中，共识别出 13,353 个 DEG，其中上调 7077 个，下调 6276个（图 1C）。本研究发现，上调基因（图 1D）和下调基因（图 1E）在三个数据集中变化很大。因此，本研究又进行了稳健的秩聚合分析，选择了 50 个稳健的恶性标志物和 50 个稳健的非恶性标志物。在表达热图中中，这 100 个基因在三个数据集中显示了 STAD 和正常胃组织之间明显不同的表达模式（GSE66229 的图 1F、GSE113255 的图 1G 和 TCGA-STAD 的图 1H）。

图 1

此外，重叠的上调和下调基因涉及不同的KEGG通路。图 1I 显示了涉及重叠上调基因的前 20 条 KEGG 通路，图 1J 显示了涉及重叠下调基因的前 20 条 KEGG 通路。

02

早期胃腺癌的瘤内异质性

本研究通过SCINA 包将质量控制后剩余的 3771 个细胞识别为 2506 个恶性细胞、63 个非恶性细胞和 1202 个基于恶性和非恶性细胞标记的未知类型细胞（图 2A）。基于 100 个标记基因的表达模式，本研究发现PCA 无法很好地区分这三种类型的细胞（图 2B）。恶性细胞被进一步鉴定为九个细胞簇（图 2C），通过筛选细胞簇标记，使用前五个阳性标记（按 logFC 排名）绘制表达热图（图 2D）。

图 2

接下来本研究使用细胞簇标记进行伪时间分析。分析表明，恶性细胞的潜在细胞分化轨迹包括七种状态（图 3A）。本研究还进行了分支表达分析建模 (BEAM) 分析，以识别细胞簇标记基因，前 100 个重要基因的表达模式的热图如图所示（图 3B ）。并进行了GSEA分析，结果表明八个细胞簇富含各种标志性基因组（图 3C）。

图 3

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用于预测胃癌预后的基于细胞标记的多基因风险评分

在TCGA-STAD数据集中，恶性标记基因和8个恶性细胞簇标记基因用于进行单变量Cox分析，38个基因与OS显著相关，其中PRS为（RGS1、AADAC、NPC2、COL10A1、PRKCSH、RAMP1、PRR15L、TUBA1A、CXCR6 和 UPP1）[图 4A]。连续 tROC 曲线分析（图 4B）显示 PRS 在预测 5 年 OS 方面表现良好，ROC 曲线下面积 (AUC) = 0.794（图 4C）。将STAD 患者分为高危组或低危组，发现高风险组患者的 OS（图 4D）和 PFS（图 4E）短于低风险组患者，与常规临床病理因素相比，PRS 是一个独立的预后因素（图 4F）。

图 4

此外，本研究结合了与 OS 相关的常规临床病理因素，构建了一个预测 OS 率的列线图模型（图 5A）。1 年、2 年和 3 年的 OS 校准曲线表明预测和观察之间具有良好的一致性（图 5B-D）。接下来根据 GSE84437、GSE66229和 GSE26942 中的数据验证了 PRS 的预后价值。在数据集 GSE84437（图 6A）、GSE6229（图 6B）和 GSE26942（图 6C）中，高风险组患者的 OS 短于低风险组患者。

图 5

图 6

小编总结

本研究的局限性：首先，scRNA-seq 配置文件来自早期 STAD；因此，可以识别的恶性细胞亚群可能是有限的。其次，PRS 是基于回顾性分析开发的，在临床实践中使用之前应在前瞻性试验中进行验证。第三，本研究缺乏分子实验来进一步探索恶性细胞标志物的具体机制。

尽管有这些限制，本研究揭示了早期 STAD 的有限但重要的 ITH。基于对组织和单细胞表达数据的综合分析，提出了一种基于恶性细胞亚群标记的 PRS，可以识别出存活率低的 STAD 患者。PRS 与肿瘤的常规临床病理学评估相结合，可以帮助临床医生提供更加个性化的治疗，希望这种分析方法能对大家日后的研究有所启发~