導讀

胃癌是全球第五大常見惡性腫瘤，也是癌症相關死亡的第三大原因。雖然早期胃癌對治療反應良好，但晚期胃癌往往是一種侵襲性疾病，中位生存期僅為9-10個月。免疫檢查點抑製(ICI)治療在部分轉移性胃癌患者中顯示出臨床獲益，但更加精細的機製解析仍不完善。

腫瘤微環境(Tumor microenvironment, TME)主要由淋巴細胞、髓係細胞、內皮細胞和癌症相關成纖維細胞等組成，可參與炎症、癌症免疫抑製、血管生成和轉移。TME中的免疫細胞和成纖維細胞已被證明可以影響癌症免疫治療的效果。例如，在胃癌中，基質細胞特征與患者生存惡化和治療耐藥性相關，並通過激活基質重塑、代謝效應和可溶性分泌因子促進腫瘤侵襲。但導致胃TME惡性特征的細胞類型及其在正常和腫瘤組織中的豐度仍然知之甚少。

近日，北京大學生物醫學前沿創新中心張澤民團隊與北京大學腫瘤醫院步召德團隊、北京大學人民醫院申占龍團隊以及德國拜耳公司團隊合作在Genome Biology雜誌發表了題為“Parallel single-cell and bulk transcriptome analyses reveal key features of the gastric tumor microenvironment”的文章。研究團隊使用單細胞轉錄組測序技術(scRNA-seq)全麵分析了胃癌TME，並匹配了24例胃癌患者的正常樣本，以生成胃癌間質的高分辨率細胞圖譜。通過將這些單細胞數據與匹配的轉錄組測序數據相結合，研究團隊捕獲了胃癌中重要的失調生物過程，並確定了與胃癌生存率相關的細胞類型。

主要研究內容

胃癌腫瘤微環境的細胞組成

為了表征胃癌中的TME，研究團隊對腫瘤進行了轉錄組測序分析(RNA-seq)、全外顯子測序以及scRNA-seq，並對24例初治胃癌患者的非惡性胃組織樣本進行了匹配。為了鑒定構成TME的細胞類型，樣本被快速消化成單細胞，並清除了EPCAM陽性上皮細胞，以富集所有非上皮來源細胞，進行scRNA-seq分析。由此產生的96623個細胞被聚類為11個主要細胞類型，後續進一步精細區分為81個亞型。根據特異性高表達標記基因，主要被分為B細胞、漿細胞CD4+ T細胞、CD8+ T細胞、自然殺傷細胞(NK)細胞、髓係細胞、成纖維細胞、壁細胞等。為了更好地描述TME和正常胃基質細胞之間的差異，研究人員還量化了每種基質細胞類型與惡性轉化相關的豐度和細胞活性變化。

腫瘤間質存在活化的成纖維細胞類型

為了確定是否有任何成纖維細胞和相關壁細胞亞型與惡性轉化相關，研究團隊對數據集中相應的16492個細胞進行了重新聚類，得到15個細胞亞群。通過評估這些亞群中特定標記基因的表達，發現壁細胞與成纖維細胞明顯分離。另外，從靜息成纖維細胞標記物以及活性細胞標記物的表達可以推斷成纖維細胞明顯分為靜息細胞和活化細胞。

應用共識非負矩陣分解(cNMF)，研究團隊鑒定了不同成纖維細胞亞型的不同基因表達程序，證實不同的亞群確實代表不同的細胞亞型或細胞激活狀態。成纖維細胞亞型在細胞外基質相關基因表達方麵進一步表現出不同的特征，表明其在形成細胞外基質方麵可能具有不同的功能。

惡性和非惡性樣本的亞群分數比較突出了亞型F13-CTHRC1為癌症高度相關的成纖維細胞(CAFs)，同時揭示了胃TME中幾個靜止成纖維細胞簇的急劇減少。與這一發現一致，在癌症基因組圖譜(TCGA)隊列中，許多不同適應症的腫瘤中CTHRC1的表達上調。將亞型F13-CTHRC1與最近發表的成纖維細胞數據進行比較，發現這些細胞與激活的肌成纖維細胞具有很強的相似性。

淋巴細胞向免疫抑製表型轉移

淋巴細胞分析發現，與CD8+ T細胞相比，腫瘤和正常樣本中CD8+ T細胞的比例幾乎保持不變，胃腫瘤樣本中CD4+ T細胞增加了5倍以上。為了解哪些T細胞亞群對胃TME的侵襲差異最大，研究人員將12905個CD4+ T細胞重新聚類為8個亞群，然後將其分配給6種T輔助細胞亞型，包括調節型、輔助17、中樞記憶、效應記憶等。此外，31705個CD8+淋巴細胞和2658個NK細胞重新聚成13個亞群，其中12個亞群對應8種不同的CD8+ T細胞亞型，1個亞群對應NK細胞。

分析發現，免疫抑製Th17和Treg細胞是腫瘤中CD4+ T細胞增加最多的細胞類型，而naive CD8+ T細胞則出現減少，這可能反映了腫瘤中T細胞的激活和擴增。通過更詳細地觀察，發現了許多與激活的Treg相關的基因，如FOXP3和CCR8;細胞凋亡抑製基因，如PMAIP1;免疫抑製基因，如CD274, ALOX15和SERPINB9。以上結果強調了胃癌TME中調節性T細胞的強烈激活和免疫抑製。

特定細胞類型可預測患者預後

研究人員在上述研究中對胃癌微環境中各種非惡性細胞進行了精確定位。為從其他類型的數據，特別是TCGA胃癌隊列的轉錄組數據探討不同細胞群體對患者預後的影響，研究團隊使用來自單細胞轉錄組數據的信息作為參考，並使用Cybersortx的方法來推斷TCGA樣本中每種細胞亞型的比例，隨後評估每種細胞亞型分數高低與患者預後的關係。

值得注意的是，腫瘤相關細胞亞型成纖維-CTHRC1和內皮-SERPINE1比例較高的患者生存時間顯著縮短。此外，其他幾種內皮細胞和上皮細胞亞型也對胃癌患者的生存產生了顯著的負麵影響，表明它們可能與胃癌進展相關。相比之下，樹突狀細胞的比例對患者的生存有顯著的積極影響。

結 語

綜上所述，研究團隊分析了來自24名胃癌患者樣本的96623個細胞，並確定了81種與胃癌微環境相關的不同細胞亞型。這一全麵的單細胞圖譜不僅顯示了腫瘤和正常胃組織之間細胞類型差異，還揭示了與惡性轉化相關的轉錄程序變化。同時，利用單細胞圖譜對TCGA胃癌隊列的轉錄組數據進行反褶積處理，研究發現某些樹突和基質細胞亞型與患者生存有關。總之，該研究發現為開發更加精準有效的治療方法和監測手段提供了新的思路。

參考文獻：

1.Kang, B., Camps, J., Fan, B. et al. Parallel single-cell and bulk transcriptome analyses reveal key features of the gastric tumor microenvironment. Genome Biol 23, 265 (2022).

https://genomebiology.biomedcentral.com/articles/10.1186/s13059-022-02828-2

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