导读

        胃癌是全球第五大常见恶性肿瘤，也是癌症相关死亡的第三大原因。虽然早期胃癌对治疗反应良好，但晚期胃癌往往是一种侵袭性疾病，中位生存期仅为9-10个月。免疫检查点抑制(ICI)治疗在部分转移性胃癌患者中显示出临床获益，但更加精细的机制解析仍不完善。

        肿瘤微环境(Tumor microenvironment, TME)主要由淋巴细胞、髓系细胞、内皮细胞和癌症相关成纤维细胞等组成，可参与炎症、癌症免疫抑制、血管生成和转移。TME中的免疫细胞和成纤维细胞已被证明可以影响癌症免疫治疗的效果。例如，在胃癌中，基质细胞特征与患者生存恶化和治疗耐药性相关，并通过激活基质重塑、代谢效应和可溶性分泌因子促进肿瘤侵袭。但导致胃TME恶性特征的细胞类型及其在正常和肿瘤组织中的丰度仍然知之甚少。

        近日，北京大学生物医学前沿创新中心张泽民团队与北京大学肿瘤医院步召德团队、北京大学人民医院申占龙团队以及德国拜耳公司团队合作在Genome Biology杂志发表了题为“Parallel single-cell and bulk transcriptome analyses reveal key features of the gastric tumor microenvironment”的文章。研究团队使用单细胞转录组测序技术(scRNA-seq)全面分析了胃癌TME，并匹配了24例胃癌患者的正常样本，以生成胃癌间质的高分辨率细胞图谱。通过将这些单细胞数据与匹配的转录组测序数据相结合，研究团队捕获了胃癌中重要的失调生物过程，并确定了与胃癌生存率相关的细胞类型。

        主要研究内容

        胃癌肿瘤微环境的细胞组成

        为了表征胃癌中的TME，研究团队对肿瘤进行了转录组测序分析(RNA-seq)、全外显子测序以及scRNA-seq，并对24例初治胃癌患者的非恶性胃组织样本进行了匹配。为了鉴定构成TME的细胞类型，样本被快速消化成单细胞，并清除了EPCAM阳性上皮细胞，以富集所有非上皮来源细胞，进行scRNA-seq分析。由此产生的96623个细胞被聚类为11个主要细胞类型，后续进一步精细区分为81个亚型。根据特异性高表达标记基因，主要被分为B细胞、浆细胞CD4+ T细胞、CD8+ T细胞、自然杀伤细胞(NK)细胞、髓系细胞、成纤维细胞、壁细胞等。为了更好地描述TME和正常胃基质细胞之间的差异，研究人员还量化了每种基质细胞类型与恶性转化相关的丰度和细胞活性变化。

        肿瘤间质存在活化的成纤维细胞类型

        为了确定是否有任何成纤维细胞和相关壁细胞亚型与恶性转化相关，研究团队对数据集中相应的16492个细胞进行了重新聚类，得到15个细胞亚群。通过评估这些亚群中特定标记基因的表达，发现壁细胞与成纤维细胞明显分离。另外，从静息成纤维细胞标记物以及活性细胞标记物的表达可以推断成纤维细胞明显分为静息细胞和活化细胞。

        应用共识非负矩阵分解(cNMF)，研究团队鉴定了不同成纤维细胞亚型的不同基因表达程序，证实不同的亚群确实代表不同的细胞亚型或细胞激活状态。成纤维细胞亚型在细胞外基质相关基因表达方面进一步表现出不同的特征，表明其在形成细胞外基质方面可能具有不同的功能。

        恶性和非恶性样本的亚群分数比较突出了亚型F13-CTHRC1为癌症高度相关的成纤维细胞(CAFs)，同时揭示了胃TME中几个静止成纤维细胞簇的急剧减少。与这一发现一致，在癌症基因组图谱(TCGA)队列中，许多不同适应症的肿瘤中CTHRC1的表达上调。将亚型F13-CTHRC1与最近发表的成纤维细胞数据进行比较，发现这些细胞与激活的肌成纤维细胞具有很强的相似性。

        淋巴细胞向免疫抑制表型转移

        淋巴细胞分析发现，与CD8+ T细胞相比，肿瘤和正常样本中CD8+ T细胞的比例几乎保持不变，胃肿瘤样本中CD4+ T细胞增加了5倍以上。为了解哪些T细胞亚群对胃TME的侵袭差异最大，研究人员将12905个CD4+ T细胞重新聚类为8个亚群，然后将其分配给6种T辅助细胞亚型，包括调节型、辅助17、中枢记忆、效应记忆等。此外，31705个CD8+淋巴细胞和2658个NK细胞重新聚成13个亚群，其中12个亚群对应8种不同的CD8+ T细胞亚型，1个亚群对应NK细胞。

        分析发现，免疫抑制Th17和Treg细胞是肿瘤中CD4+ T细胞增加最多的细胞类型，而naive CD8+ T细胞则出现减少，这可能反映了肿瘤中T细胞的激活和扩增。通过更详细地观察，发现了许多与激活的Treg相关的基因，如FOXP3和CCR8;细胞凋亡抑制基因，如PMAIP1;免疫抑制基因，如CD274, ALOX15和SERPINB9。以上结果强调了胃癌TME中调节性T细胞的强烈激活和免疫抑制。

        特定细胞类型可预测患者预后

        研究人员在上述研究中对胃癌微环境中各种非恶性细胞进行了精确定位。为从其他类型的数据，特别是TCGA胃癌队列的转录组数据探讨不同细胞群体对患者预后的影响，研究团队使用来自单细胞转录组数据的信息作为参考，并使用Cybersortx的方法来推断TCGA样本中每种细胞亚型的比例，随后评估每种细胞亚型分数高低与患者预后的关系。

        值得注意的是，肿瘤相关细胞亚型成纤维-CTHRC1和内皮-SERPINE1比例较高的患者生存时间显著缩短。此外，其他几种内皮细胞和上皮细胞亚型也对胃癌患者的生存产生了显著的负面影响，表明它们可能与胃癌进展相关。相比之下，树突状细胞的比例对患者的生存有显著的积极影响。

        结 语

        综上所述，研究团队分析了来自24名胃癌患者样本的96623个细胞，并确定了81种与胃癌微环境相关的不同细胞亚型。这一全面的单细胞图谱不仅显示了肿瘤和正常胃组织之间细胞类型差异，还揭示了与恶性转化相关的转录程序变化。同时，利用单细胞图谱对TCGA胃癌队列的转录组数据进行反褶积处理，研究发现某些树突和基质细胞亚型与患者生存有关。总之，该研究发现为开发更加精准有效的治疗方法和监测手段提供了新的思路。

        参考文献：

        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

        2. Bray F, et al. Global cancer statistics 2018: GLOBOCAN estimates of incidence and mortality worldwide for 36 cancers in 185 countries. CA Cancer J Clin. 2018;68:394–424.

        3. Bruni, D., Angell, H. K. & Galon, J. The immune contexture and Immunoscore in cancer prognosis and therapeutic efficacy. Nat Rev Cancer. 2020;1–19.