具有不同肿瘤阶段的胃癌单细胞与空转联合分析（2025年2月发表）

周末的看文献时间，今天学习的是2025年2月14号发表在 Adv Sci (Weinh) 杂志，文献标题为：《Dissecting the Spatial and Single-Cell Transcriptomic Architecture of Cancer Stem Cell Niche Driving Tumor Progression in Gastric Cancer》。

本文通过对32例处于不同恶性阶段的人类胃黏膜组织进行空间和单细胞RNA测序，揭示了肿瘤上皮的表型可塑性以及从成熟的胃主细胞到CSC状态的转录轨迹，这一过程与表皮生长因子受体（EGFR）和WNT信号通路的激活相关。

数据背景

首先对28个人类胃黏膜样本进行单细胞转录组测序，包括5名正常对照（NC）供体、10名胃炎（GS）患者和13名胃癌（GC）患者（图1A）。此外，为了验证 scRNA-seq 的结果，又在4个不同肿瘤阶段的GC样本中进行了空间转录组学分析。所有GC患者在肿瘤手术前均未接受过任何治疗。

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经过严格的质量控制，最终得到128,940个高质量细胞用于进一步分析，这些细胞根据特定细胞类型标记物的表达（支持信息表S2）和拷贝数变异（CNV）分析（图1B、C）被分为十种主要细胞类型，包括

• 成纤维细胞（Fib，标记为DCN和LUM）
• 内皮细胞（Endo，标记为PECAM1和CLDN5）
• 肥大细胞（Mast，标记为TPSAB1和CPA3）
• 单核细胞/巨噬细胞（Mono/Mac，标记为IL1B和C1QB）
• T淋巴细胞（TLC，标记为CD3D/E和CD2）
• B淋巴细胞（BLC，标记为CD79A和MS4A1）
• 浆细胞（Plasma，标记为JCHAIN和IGHA1）
• 增殖细胞（Cycling，标记为MKI67）
• 非恶性上皮细胞（EPI，标记为TFF2和GKN1）
• 恶性上皮细胞（EPI_M，标记为EPCAM和KRT17）

但是没找到作者把相关的数据放在哪里，就看看文献思路吧~

上皮细胞亚群细分

上皮细胞细分为11个主要簇，注释如下（图2A、B）：

• 胃主细胞 chief cell（标记为PGA3和PGA4）
• 胃小凹黏液细胞 pit mucous cell（PMC，标记为GKN1和MUC5AC）
• 腺黏液细胞 gland mucous cell（GMC，标记为MUC6）
• 壁细胞 parietal cell（标记为ATP4A和GIF）
• 肠细胞 enterocyte cell（标记为APOA1）
• 杯状细胞 goblet cell（标记为MUC2）
• 肠内分泌细胞 enteroendocrine cell（EEC，标记为CHGA）
• 化生性柱状上皮细胞 SPEM cell （SPEM，标记为MUC6和TFF2的中位表达水平）
• 三个恶性细胞亚群malignant cells：根据代表性标志基因的表达被识别为T1（标记为REG1B）、T2（标记为KRT17）、癌症干细胞（CSCs，标记为SOX9和OLFM4）

细胞在不同分组中的比例变化：

与正常对照（NC）相比，胃炎（GS）和胃癌（GC）中SPEM的丰度显著增加，且在GC中更高，而壁细胞的比例在胃炎和胃癌中逐渐减少。此外，包括T1、T2和CSCs的恶性上皮细胞簇在胃癌中的百分比更高（图2C）。这些发现与先前的研究一致，表明癌前胃化生的特征是从胃主细胞向SPEM的转变，同时伴有壁细胞的丢失。

恶性细胞深入分析

CSCs高表达肿瘤干性基因（PROM1、CD24、CD47、ANPEP、ALDH1A1、OLFM4和SOX9），并且表现出较高的癌症干性评分（支持信息图S2A、B），同时还激活了癌驱动基因EGFR和ERBB2（图2D）。

PROGENy分析证实：CSCs表现出炎症通路（如NFκB、TNFα）以及干性相关信号通路（如WNT、缺氧、EGFR和TGF-β信号）的激活（图2E）。

多重免疫荧光染色验证：在胃癌区域存在共染SOX9、OLFM4和EpCAM的CSCs（图2F）

Slingshot轨迹分析：揭示了两个主要的分化谱系。谱系1表明SPEM细胞起源于胃主细胞的转分化，并随后发展为T2和CSCs（图2G），这一结果得到了Monocle轨迹分析的验证（图2H）

单细胞结果的空转验证

癌症干细胞（CSCs）在胃癌组织中的空间分布特征：对早期和晚期胃癌组织进行了空间转录组学分析（图3A），降维聚类分析揭示了六个空间簇（C0-C5，图3B）。

• C1和C2簇：主要表达与胃黏液和消化酶分泌相关的标记基因（如MUC5AC、GKN1、PGC和LIPF），主要分布在正常胃黏膜区域。
• C0和C4簇：主要表达成纤维细胞和周细胞相关的标记基因（如SFRP1、DCN、TAGLN和MYH11），也局限于正常胃黏膜区域。
• C3和C5簇：高表达干细胞标记基因（如OLFM4、SOX9和ANPEP），分别对应于化生区域和肿瘤区域。
• C5簇：还高表达细胞增殖标记基因（如MKI67和TOP2A），且仅位于肿瘤区域。
• C5簇：富集了与CSC相关的信号通路，如WNT、EGFR和TGF-β信号通路。

这些结果也在晚期胃癌中得到了验证，这个空间数据在这里就做了这么一点分析感觉有点可惜啊。

免疫细胞与CSCs的相互作用

单细胞转录数据分析揭示肿瘤浸润性淋巴细胞（TILs）在胃癌进展中的分子特征及其与癌症干细胞（CSCs）的相互作用：

• 免疫细胞亚群细分自不必说，见图A,B。
• CXCL13⁺ CD8 T细胞、FOXP3⁺ Treg 和 MKI67⁺ CD8 T 细胞表现出高水平的T细胞耗竭标志基因表达。
• FOXP3⁺ Treg 和 MKI67⁺ CD8 T 细胞表现出高耗竭特征评分，而 CXCL13⁺ CD8 T 细胞则表现出高耗竭和细胞毒性特征评分，表明它们具有免疫抑制特性。

细胞比例变化：

• 在胃癌（GC）中，CXCL13⁺ CD8 T细胞、FOXP3⁺ Treg和MKI67⁺ CD8 T细胞显著富集。
• ZNF683⁺ CD8 T细胞的比例在胃癌进展过程中逐渐减少。

干细胞与免疫细胞的细胞互作：

• CXCL13⁺ CD8 T细胞、FOXP3⁺ Treg和MKI67⁺ CD8 T细胞的丰度与CSCs之间存在显著的正相关关系。
• CSCs通过 NECITIN2/3-TIGIT 和 LGALS9（Galectin-9）-HAVCR2 配体-受体对与免疫抑制性TILs相互作用，这些通路构成了导致免疫抑制的免疫检查点信号通路。
• 多重免疫荧光染色验证：SOX9阳性的CSCs可以通过NECITIN2-TIGIT轴与T细胞相互作用

癌症相关成纤维细胞分析

CAFs在胃癌进展中的动态变化及其亚群的分子特征，CAFs分为六个亚群：

• iCAF：标记为IL11、IL24、MME（CD10）、ANPEP（CD13），高表达炎症细胞因子、趋化因子和生长因子，如IL1B、IL11、IL24、WNT2/5和AREG
• POSTN⁺ mCAF：记为LUM和POSTN
• CST1⁺ mCAF：CST1⁺ mCAFs参与肿瘤血管生成相关信号通路VEGF-VEGFR
• SFRP1⁺ mCAF：标记为LUM和SFRP1
• MYLK⁺ vCAF：标记为MACM和MYLK
• RGS5⁺ vCAF：标记为MACM和RGS5

分化轨迹分析：

• iCAFs通过POSTN⁺ mCAFs起源于CST1⁺ mCAFs。
• RGS5⁺ vCAFs通过MYLK⁺ vCAFs从CST1⁺ mCAFs转变而来。
• CST1⁺ mCAFs代表了一种过渡状态，决定了细胞分化路径。

预后分析：

• iCAF标志基因AREG和IL24的表达以及iCAFs的丰度与更差的预后结果相关。

接着是与CSCs的相互作用

iCAFs和CSCs之间的细胞间相互作用富集（图6C）：配体-受体对，包括WNT2-FZD5/LRP6、WNT2-FZD5/LRP5、THBS2-SDC1/SDC4/CD47、IGF2-(ITGA6+ITGB4)、IGF1-(ITGA6+ITGB4)、ANGPTL4-SDC1/SDC4、HGF-MET和AREG-EGFR/ERBB2

空间转录组学结果进一步证实了iCAFs和CSCs在早期和晚期胃癌中共同存在且呈正相关（图6D、E）：

• 三个胃癌（GC）样本中癌症干细胞（CSCs）和炎症性癌症相关成纤维细胞（iCAFs）的空间分布
• 三个胃癌（GC）样本中iCAFs和CSCs的空间分布相关性分析
• 三个胃癌（GC）样本中AREG和ERBB2的共表达分析

最后通过了多重免疫荧光染色、细胞共培养、基因表达分析和药物抑制实验，验证了AREG-ERBB2轴在胃癌（GC）中的作用机制：

总结：我本来想着这篇文章里面空转的分析会比较多比较深入，但是看来还是以单细胞的结果为主。数据也没有公布~

今天分享到这~