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单细胞分辨率下的26基因空间转录组特征表征高风险胃癌前体

期刊:npj Precision OncologyDOI:10.1038/s41698-025-00816-w

该文档属于类型a,即一篇关于单一原创研究的学术报告。以下是对该研究的详细介绍:

主要作者和研究机构
本研究由Robert J. Huang、Ignacio A. Wichmann等多名作者共同完成,作者来自多个研究机构,包括斯坦福大学医学院、智利天主教大学、昆士兰大学等。该研究于2025年发表在期刊npj Precision Oncology上,与明尼苏达大学的Hormel研究所合作出版。

学术背景
胃癌(Gastric Cancer, GC)是全球癌症发病率和死亡率的重要来源之一,尤其是在西方国家,胃癌的生存率低于35%。胃癌的肠型亚型占大多数,其癌变过程遵循Correa级联模型,即从非萎缩性胃炎(Non-Atrophic Gastritis, NAG)到慢性萎缩性胃炎(Chronic Atrophic Gastritis, CAG),再到胃黏膜肠化生(Gastric Intestinal Metaplasia, GIM),最终发展为胃癌。GIM是胃癌的癌前病变,但并非所有GIM患者都会进展为胃癌,因此识别高风险GIM患者成为临床上的重要任务。本研究旨在通过多组学方法,揭示高风险GIM的分子和细胞特征,为胃癌的早期检测和预防提供依据。

研究流程
研究分为多个步骤,具体如下:

  1. 样本收集与预处理
    研究使用了多个临床队列的样本,包括GAPS(胃癌前病变研究)队列、TCGA(癌症基因组图谱)胃癌数据集以及单细胞RNA测序(scRNA-seq)数据集。GAPS队列包括163名患者的303份胃活检样本,这些样本根据OLGIM(胃黏膜肠化生操作链接)评分系统进行分期,分为高风险(OLGIM III或IV)和低风险(OLGIM < III)组。TCGA数据集包括180例肠型胃癌样本和18例匹配的肿瘤邻近组织样本。scRNA-seq数据集包括40份活检样本,涵盖Correa级联模型的各个阶段。

  2. 基因表达分析
    研究使用常规RNA测序(RNA-seq)对GAPS队列的样本进行基因表达分析,筛选出高风险GIM相关的基因。通过差异表达分析和加权基因共表达网络分析(WGCNA),初步筛选出399个差异表达基因,并进一步精炼出314个基因。最终,研究确定了一个包含105个基因的高风险表达特征。

  3. 空间转录组学分析
    研究使用Visium空间转录组学技术,对5名患者的FFPE(福尔马林固定石蜡包埋)组织样本进行空间基因表达分析。通过病理学家的注释,研究将基因表达定位到胃腺体的特定区域,并识别出36个在肠化生区域显著上调的基因。

  4. 单细胞RNA测序分析
    研究对40份活检样本进行单细胞RNA测序,识别出9种主要细胞谱系,并重点关注上皮细胞。通过分析,研究确定了26个基因在肠型胃癌及其前驱病变中的表达模式,发现这些基因主要表达于成熟和未成熟的肠上皮细胞。

  5. 单分子荧光原位杂交验证
    研究使用单分子荧光原位杂交(smFISH)技术,对11个基因进行单细胞水平的空间表达验证,进一步确认了这些基因在肠化生区域的表达模式。

主要结果
1. 高风险GIM的基因表达特征
研究通过RNA-seq和WGCNA分析,筛选出105个与高风险GIM相关的基因,并在验证队列中确认了其中100个基因的差异表达。这些基因主要与肠道吸收、刷状缘形成等肠道相关过程有关。

  1. 空间转录组学定位
    空间转录组学分析显示,36个基因在肠化生区域显著上调,其中26个基因在肠型胃癌中也显著上调。这些基因的空间表达模式与病理学家的注释高度一致。

  2. 单细胞RNA测序揭示细胞类型
    单细胞RNA测序分析表明,26个基因主要表达于成熟和未成熟的肠上皮细胞,尤其是未成熟的肠样干细胞(Intestinal-like Stem Cells)。随着Correa级联模型的进展,这些未成熟细胞的比例显著增加。

  3. smFISH验证
    smFISH技术进一步验证了这些基因在肠化生区域的单细胞表达模式,确认了未成熟肠样干细胞的存在。

结论
本研究通过多组学方法,识别了一个包含26个基因的高风险GIM表达特征,这些基因在肠型胃癌及其前驱病变中显著上调,并主要表达于未成熟的肠上皮细胞。研究结果表明,未成熟肠样干细胞在胃癌前驱病变的进展中起着重要作用。这些发现为胃癌的早期检测和预防提供了新的分子标志物,并揭示了胃癌前驱病变的细胞和分子机制。

研究亮点
1. 多组学整合分析
研究整合了RNA-seq、空间转录组学、单细胞RNA测序和smFISH等多种技术,全面揭示了高风险GIM的分子和细胞特征。

  1. 高风险GIM的基因表达特征
    研究首次识别了一个包含26个基因的高风险GIM表达特征,这些基因在肠型胃癌及其前驱病变中显著上调。

  2. 未成熟肠样干细胞的作用
    研究揭示了未成熟肠样干细胞在胃癌前驱病变进展中的重要作用,为胃癌的早期干预提供了新的靶点。

其他有价值的内容
研究还发现,某些基因(如HKDC1和CPS1)在胃癌前驱病变的代谢重编程中可能发挥重要作用,这为未来的研究提供了新的方向。此外,研究还强调了OLGIM评分系统在临床中的应用价值,并提出了基于分子标志物的风险分层策略。

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