結(jié)直腸癌（CRC）是世界上第三大最常見和最致命的癌種之一，CRC患者的5年生存率低于20%喝噪，且腫瘤轉(zhuǎn)移而致死的患者占CRC死亡患者的90%汰现。在CRC中，最常見的轉(zhuǎn)移部位是淋巴結(jié)君账、肝臟和肺部繁堡，但也有一部分CRC可以轉(zhuǎn)移到骨骼和卵巢。在過去的研究中乡数，人們發(fā)現(xiàn)椭蹄，盡管腫瘤中存在許多異質(zhì)細(xì)胞，但存在某些特殊的惡性細(xì)胞群會驅(qū)動癌癥的復(fù)發(fā)或遠(yuǎn)端轉(zhuǎn)移净赴。而目前绳矩，哪種特殊的惡性細(xì)胞群會參與CRC惡性腫瘤的遠(yuǎn)端轉(zhuǎn)移仍不清楚。

2023年11月30日玖翅，中山大學(xué)鄭健翼馆、林東昕及林俊忠等教授團(tuán)隊在?Gut?雜志上發(fā)表了一篇題為?Single-cell transcriptomic analysis deciphers heterogenous cancer stem-like cells in colorectal cancer and their organ-specific metastasis?的研究論文。在該研究中金度，作者對原發(fā)性結(jié)直腸癌（CRC）和肝臟轉(zhuǎn)移灶（lCRC）或卵巢轉(zhuǎn)移灶（oCRC）進(jìn)行了單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組和空間轉(zhuǎn)錄組測序分析应媚，鑒定到了一個具有PTPRO+ASCL2+特征的腫瘤干樣細(xì)胞是導(dǎo)致CRC轉(zhuǎn)移的驅(qū)動者。該細(xì)胞群由不同的異質(zhì)性亞群組成猜极，并顯示出不同的肝臟或卵巢轉(zhuǎn)移偏好性中姜。此外，其中一亞群會通過DLL4-NOTCH信號通路與癌癥相關(guān)成纖維細(xì)胞（CAF）和內(nèi)皮細(xì)胞相互作用跟伏，從而促進(jìn)原發(fā)性CRC向卵巢器官轉(zhuǎn)移丢胚。綜上，該研究揭示了CRC中驅(qū)動腫瘤發(fā)展和轉(zhuǎn)移的異質(zhì)腫瘤細(xì)胞受扳，鑒定了CRC向卵巢轉(zhuǎn)移過程中的關(guān)鍵細(xì)胞群體携龟。

01?CRC、lCRC及oCRC的單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組全景

作者對7名有遠(yuǎn)端轉(zhuǎn)移CRC患者的29份樣本進(jìn)行了scRNA-seq測序（8例原發(fā)性CRC辞色、5例oCRC骨宠、2例lCRC、7例鄰近正常組織和7例外周血單核細(xì)胞）相满。另外层亿，并通過下載已公開的24例患者41個樣本的scRNA數(shù)據(jù)（29例CRC和12例鄰近正常組織）對數(shù)據(jù)進(jìn)行了補(bǔ)充。經(jīng)過質(zhì)量控制和批次校正后立美，作者得到了230818個高質(zhì)量的細(xì)胞數(shù)據(jù)匿又，利用不同細(xì)胞群的經(jīng)典標(biāo)記物，作者確定了10種細(xì)胞類型建蹄，包括上皮細(xì)胞碌更、成纖維細(xì)胞裕偿、內(nèi)皮細(xì)胞和膠質(zhì)細(xì)胞等4種非免疫細(xì)胞類型和B細(xì)胞、T細(xì)胞痛单、髓系細(xì)胞嘿棘、肥大細(xì)胞膘滨、巨核細(xì)胞和漿B細(xì)胞等6種免疫細(xì)胞類型砸烦。

02?CRC腫瘤干細(xì)胞樣細(xì)胞是癌癥轉(zhuǎn)移的驅(qū)動者

作者進(jìn)一步對EPCAM+和KRT18+的上皮細(xì)胞進(jìn)行了細(xì)分群昆码，發(fā)現(xiàn)所有患者都存在14種不同的亞型孕讳。而且14種細(xì)胞亞型中包含了5種惡性細(xì)胞亞型，包括高表達(dá)ASCL2和PTPRO的干細(xì)胞樣細(xì)胞炫惩、表達(dá)DNAJB1和RND3的DNAJB1+腫瘤細(xì)胞挤牛、表達(dá)FDPS和SCD的FDPS+惡性細(xì)胞臭家、表達(dá)GPRC5A和SLC2A1的GPRC5A+惡性細(xì)胞以及表達(dá)IL32和S100A11的IL32+惡性細(xì)胞忽匈。其中正常的結(jié)直腸組織中富集了腸細(xì)胞房午，lCRC中富集了膽管細(xì)胞，而原發(fā)性和轉(zhuǎn)移性CRC樣本中都富集了干細(xì)胞樣細(xì)胞和其他惡性細(xì)胞亞型丹允。在CytoTRACE分析中郭厌，結(jié)果顯示在lCRC或oCRC中，干樣細(xì)胞的分化潛能明顯高于其他細(xì)胞類型嫌松。PAGA分析中沪曙，干樣細(xì)胞與惡性細(xì)胞亞型的進(jìn)化關(guān)系更為密切。不僅如此萎羔，在所有上皮細(xì)胞亞型中，干樣細(xì)胞的干性特征最高碳默。以上結(jié)果表明贾陷，干樣細(xì)胞可能是CRC轉(zhuǎn)移的驅(qū)動者。

03?CRC轉(zhuǎn)移中的CRC干樣細(xì)胞的異質(zhì)性導(dǎo)致的器官轉(zhuǎn)移偏好性

作者進(jìn)一步探究該特殊的干樣細(xì)胞群是否具有異質(zhì)性和這異質(zhì)性是否會影響腫瘤的發(fā)展嘱根。通過分析髓废，作者將干樣細(xì)胞分為八個不同的亞群（P1至P8），所有亞群都表現(xiàn)出干細(xì)胞特性该抒，而且其中一個亞群顯示出高增殖能力慌洪。在統(tǒng)計分析中，作者發(fā)現(xiàn)凑保，P1和P2在oCRC中富集冈爹，而P3和P4在lCRC中富集。在原發(fā)性CRC和oCRC中欧引，P1細(xì)胞的比例分別為48.57%和45.85%频伤，但在原發(fā)性CRC和lCRC中，P3細(xì)胞的比例分別為65.35%和24.64%芝此。P1和P3細(xì)胞在oCRC和lCRC中的相對高比例分布暗示了這些干樣細(xì)胞可能分別作為CRC向兩個不同器官進(jìn)行轉(zhuǎn)移的驅(qū)動者憋肖。

作者在補(bǔ)充的空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)測序（n=4）分析中還發(fā)現(xiàn)因痛，P1和P3在空間分布模式與在單細(xì)胞數(shù)據(jù)的分析結(jié)果一致。P1和P2細(xì)胞具有獨特的MAFA和DLL4高表達(dá)岸更，而P3和P4細(xì)胞則具有TOMM6鸵膏、CXCL14、ATP6V0C怎炊、PSMA6谭企、CALML4、DBNDD2结胀、RNASE4和DEFB1的高表達(dá)赞咙。轉(zhuǎn)錄因子分析表明，ELF3（在卵巢癌惡性表型中起主導(dǎo)作用的轉(zhuǎn)錄因子）在P1中有著明顯的表達(dá)糟港，而ETV4（肝癌發(fā)展相關(guān)的轉(zhuǎn)錄因子）也在P3中有著明顯的表達(dá)攀操。臨床組織樣本的免疫組織化學(xué)染色顯示，轉(zhuǎn)移至卵巢的原發(fā)性CRC的ELF3水平高于轉(zhuǎn)移至肝臟的原發(fā)性CRC秸抚；而轉(zhuǎn)移至肝臟的原發(fā)性CRC的ETV4水平又高于轉(zhuǎn)移至卵巢的原發(fā)性CRC速和。因此，以上結(jié)果表明異質(zhì)的腫瘤干樣細(xì)胞亞群中差異的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子表達(dá)活性可能決定了原發(fā)性CRC向不同器官轉(zhuǎn)移的偏好性剥汤。

04?CRC轉(zhuǎn)移中干樣細(xì)胞與CAFs和分化內(nèi)皮細(xì)胞的相互作用

為了探索可能介導(dǎo)CAFs與腫瘤干樣細(xì)胞相互作用并促進(jìn)CRC轉(zhuǎn)移的分子颠放，作者對數(shù)據(jù)中的成纖維細(xì)胞進(jìn)行了細(xì)分群和與腫瘤干樣細(xì)胞的互作分析】愿遥互作分析中碰凶，作者發(fā)現(xiàn)在干樣細(xì)胞與CAFs之間的配體-受體對中PDGFA-PDGFR A、DLL4-NOTCH2和DLL4-NOTCH3在P1細(xì)胞中明顯富集鹿驼，而且在TCGA-COAD隊列中的高表達(dá)患者生存時間要更短欲低。

在內(nèi)皮細(xì)胞的細(xì)分群中，作者確定了10個亞群畜晰，其中Art_NOTCH4（DLL4的另一種受體）砾莱、Tip_COL4A1、Veins_ACKR1和Veins_SERPINE1亞型在原發(fā)性CRC中富集凄鼻。TCGA-COAD隊列患者的生存分析中表示腊瑟，有轉(zhuǎn)移的患者的Art_NOTCH4和Tip_COL4A1的得分明顯高于沒有轉(zhuǎn)移的患者；相反块蚌，無轉(zhuǎn)移患者的Veins_ACKR1和Veins_SERPINE1得分高于有轉(zhuǎn)移的患者闰非。Art_NOTCH4和Tip_COL4A1細(xì)胞有著相似的信號通路被激活（如NOTCH），而Veins_ACKR1和Veins_SERPINE1的NOTCH通路水平則降低匈子。此外河胎，Art_ NOTCH4和Tip_COL4A1表達(dá)的NOTCH關(guān)鍵組分（NOTCH1、NOTCH4虎敦、HEY1游岳、JAG2?和RBPJ）水平明顯更高政敢。體外內(nèi)皮細(xì)胞遷移實驗結(jié)果表明，敲除ASCL2胚迫、PTPRO或DLL4的CRC細(xì)胞經(jīng)內(nèi)皮細(xì)胞遷移的能力明顯下降喷户。因此，以上結(jié)果表明访锻，P1細(xì)胞可通過其過度表達(dá)的配體DLL4與原發(fā)性CRC微環(huán)境中的CAFs和內(nèi)皮細(xì)胞上的NOTCH受體相互作用褪尝，從而促進(jìn)它們向卵巢轉(zhuǎn)移。

結(jié)論和意義

該研究通過綜合單細(xì)胞測序期犬、空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)的測序分析河哑，發(fā)現(xiàn)了一個以PTPRO和ASCL2為特征的腫瘤干樣細(xì)胞群是CRC轉(zhuǎn)移的驅(qū)動者，亞群進(jìn)一步細(xì)分和鑒定后龟虎，發(fā)現(xiàn)不同的異質(zhì)干樣細(xì)胞亞群顯示出不同的肝臟或卵巢器官轉(zhuǎn)移偏好性璃谨。在原發(fā)性CRC中，轉(zhuǎn)移的CRC細(xì)胞通過NOTCH信號通路與CAFs和內(nèi)皮細(xì)胞相互作用鲤妥，從而促進(jìn)CRC向卵巢轉(zhuǎn)移佳吞。該研究為CRC轉(zhuǎn)移到卵巢和肝臟提供了新的理論基礎(chǔ)，發(fā)現(xiàn)了驅(qū)動CRC向其他器官進(jìn)行轉(zhuǎn)移的關(guān)鍵異質(zhì)腫瘤細(xì)胞亞型棉安，為未來結(jié)直腸癌治療和診斷提供了新方向底扳。

參考文獻(xiàn)：

Li R, Liu X, Huang X, Zhang D, Chen Z, Zhang J, Bai R, Zhang S, Zhao H, Xu Z, Zeng L, Zhuang L, Wen S, Wu S, Li M, Zuo Z, Lin J, Lin D, Zheng J. Single-cell transcriptomic analysis deciphers heterogenous cancer stem-like cells in colorectal cancer and their organ-specific metastasis. Gut. 2023 Nov 30:gutjnl-2023-330243. doi: 10.1136/gutjnl-2023-330243. Epub ahead of print. PMID: 38050068.