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胃癌中肿瘤分化与免疫浸润的关系:单细胞RNA测序分析

期刊:cellular and molecular life sciencesDOI:10.1007/s00018-023-04702-1

这篇文档属于类型a,即报告了一项单一原创研究的科学论文。以下是针对该研究的学术报告:

主要作者及研究机构
本研究由Xin Zhou、Jingwei Yang、Yongqu Lu等共同完成,研究团队来自北京大学第三医院、北京大学前沿交叉学科研究院、北京大学癌症中心等多个机构。研究论文于2023年2月2日在线发表于期刊《Cellular and Molecular Life Sciences》。

学术背景
胃癌(Gastric Cancer)是全球范围内发病率第五、死亡率第四的恶性肿瘤,尤其在东亚和东欧地区发病率显著高于其他地区。胃癌具有高度异质性,包括分化型腺癌(Differentiated Gastric Cancer, DGC)、低分化腺癌(Poorly Differentiated Gastric Cancer, PDGC)和神经内分泌癌(Neuroendocrine Carcinoma, NEC)等多种病理类型。尽管已有研究通过单细胞测序技术揭示了胃癌的肿瘤微环境(Tumor Microenvironment, TME),但不同分化状态的肿瘤细胞如何影响免疫微环境的机制仍不清楚。本研究旨在通过单细胞RNA测序(Single-cell RNA-seq, scRNA-seq)技术,系统揭示DGC、PDGC和NEC的分子特征及其与免疫浸润的关系,以解释胃癌的异质性。

研究流程
1. 样本采集与处理
研究从手术切除的胃癌标本中采集了正常黏膜组织、DGC组织、PDGC组织和NEC组织,共14个样本。每个样本分为三部分:一部分用于单细胞RNA测序,一部分用于病理检查,另一部分用于冷冻保存。肿瘤分期依据2017年AJCC的TNM分类标准。
2. 单细胞RNA测序
使用10x Genomics的Chromium单细胞测序技术进行单细胞分离、cDNA扩增和文库构建。测序在Illumina NovaSeq 6000平台上完成。数据预处理使用10x Cell Ranger软件,保留检测到500个以上基因、1000个以上转录本且线粒体基因比例低于50%的细胞。
3. 数据分析
使用Seurat包进行细胞聚类和差异表达基因(Differentially Expressed Genes, DEGs)分析。通过Harmony包校正批次效应。使用Copykat包推断拷贝数变异(Copy Number Variations, CNVs),并结合病理信息区分恶性细胞和非恶性上皮细胞。
4. 免疫组化染色
对组织切片进行免疫组化染色,检测CLDN3、FABP1、PIGR等蛋白的表达,以验证单细胞测序结果。
5. 基因调控网络分析
使用SCENIC包分析基因调控网络(Gene Regulatory Networks, GRNs),识别恶性细胞和非恶性细胞中的转录因子活性。
6. 代谢活动量化
使用scMetabolism包量化单细胞水平的代谢活动,分析不同细胞簇的代谢特征。
7. 细胞间通讯分析
使用NATMI工具分析恶性细胞与免疫细胞之间的配体-受体相互作用,揭示肿瘤免疫逃逸的机制。

主要结果
1. 单细胞转录组图谱
研究共分析了46,883个细胞,识别出8种主要细胞类型,包括上皮细胞、成纤维细胞、内皮细胞、髓系细胞、T/NK细胞、B细胞、浆细胞和肥大细胞。通过CNV分析,成功区分了恶性细胞和非恶性上皮细胞。
2. 分化特征基因
比较DGC和PDGC的转录组,发现PDGC显著富集了上皮-间质转化(Epithelial-Mesenchymal Transition, EMT)相关基因,而DGC则倾向于免疫富集型。研究还鉴定了一组与肿瘤分化状态相关的特征基因,包括AGR3、CLDN3、FABP1等。
3. 免疫浸润特征
根据肿瘤浸润CD8+ T细胞的密度,将样本分为免疫富集型和免疫贫乏型。免疫富集型肿瘤中,干扰素α和γ响应基因显著高表达,而免疫贫乏型肿瘤则表现出更强的EMT特征。
4. 混合腺神经内分泌癌的分化状态转变
在混合腺神经内分泌癌(Mixed Adenoneuroendocrine Carcinoma, MANEC)中,研究发现了从DGC到NEC的中间状态细胞,这些细胞既不表达DGC标志基因,也不表达NEC标志基因。随着分化状态的转变,干扰素相关通路逐渐下调,CD8+ T细胞浸润减少,表明免疫逃逸增强。

结论
本研究通过单细胞RNA测序技术,系统揭示了DGC、PDGC和NEC的分子特征及其与免疫微环境的关系。研究发现,PDGC富集EMT特征且倾向于免疫贫乏型,而DGC则倾向于免疫富集型。此外,研究还揭示了混合腺神经内分泌癌中分化状态转变的分子机制,表明干扰素通路的下调与免疫逃逸密切相关。这些发现为理解胃癌的异质性和开发新的治疗策略提供了重要依据。

研究亮点
1. 创新性方法
研究采用了病理信息指导的单细胞测序策略,结合CNV分析和免疫组化验证,提高了数据准确性。
2. 重要发现
首次系统揭示了DGC、PDGC和NEC的分子特征及其与免疫微环境的关系,并发现了混合腺神经内分泌癌中分化状态转变的机制。
3. 临床应用价值
研究结果为胃癌的分子分型和免疫治疗提供了新的靶点和理论支持。

其他有价值的内容
研究还分析了肿瘤浸润T细胞的特征及其与恶性细胞的相互作用,揭示了T细胞耗竭的分子机制,为免疫治疗提供了新的研究方向。此外,研究还量化了单细胞水平的代谢活动,发现脂质代谢与免疫富集型肿瘤密切相关。

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