文章概述

文章标题：《Single-cell sequencing reveals the role of IL-33+ endothelial subsets in promoting early gastric cancer progression》

发表日期和杂志：2025年发表在iMeta上

在线阅读链接：https:///10.1002/imt2.70050

主要内容概述：

通过单细胞测序技术研究早期胃癌（EGC）的细胞特征和肿瘤微环境（TME）的组成，特别是IL-33+内皮细胞亚群在促进早期胃癌进展中的作用。研究构建了一个包含184,426个高质量胃癌细胞的单细胞RNA测序图谱，覆盖了不同阶段的胃癌，揭示了EGC的细胞和分子特征，并发现了多个与EGC相关的细胞亚群和潜在的治疗靶点。

背景知识：

胃癌（GC）是全球最致命的癌症之一，尤其是在亚洲，其发病率占全球的70%以上，中国是其中的主要贡献者。早期胃癌（EGC）的5年生存率可达90%，而晚期胃癌（AGC）的预后较差。因此，研究EGC的细胞特征和分子机制对于预防胃癌进展和改善患者预后具有重要意义。

研究样本和单细胞分析

1. 样本来源： 研究结合了内部和外部样本集，共分析了：

  • 5份非萎缩性胃炎（NAG）活检样本
  • 14份慢性萎缩性胃炎和肠上皮化生（CAG-IM）活检样本
  • 10份早期胃癌（EGC）样本
  • 6份TNM-II期样本
  • 5份TNM-III期样本
  • 2份TNM-IV期样本

2. 单细胞分离和测序：

  • 对于每个内部样本，研究者在不预先选择细胞类型的情况下分离单细胞，并使用基于液滴的单细胞RNA测序（scRNA-seq）平台生成RNA-seq数据。
  • 经过低质量细胞的筛选后，共保留了184,426个细胞（平均每个样本约4391个细胞），每个样本检测到的基因中位数为3670个。

单细胞图谱的构建和分析

1.UMAP分析： 通过UMAP分析，从NAG和CAG-IM到EGC和晚期胃癌（AGC）的整个病变过程中，绘制了细胞的分布图谱。

2. 细胞亚群的识别：最终识别了8种主要细胞类型，称为“元簇”（metaclusters），包括：

  • 上皮细胞（epithelial cells）：表达EPCAM和CDH1
  • T细胞/NK细胞（T/NK cells）：表达CD3E、CD3D、NKG7和KLRD1
  • 浆细胞（plasma cells）：表达CD27和CD38
  • 成纤维细胞（fibroblast cells）：表达COL3A1和DCN
  • B细胞（B cells）：表达CD19和CD79B
  • 肥大细胞（mast cells）：表达TPSAB1和CPA3
  • 髓系细胞（myeloid cells）：表达FLT3、CD163、TPSAB1、CD41和CSF3R
  • 内皮细胞（endothelial cells）：表达VWF和CDH5

3. 细胞比例的变化：

早期胃癌(EGC)的细胞特征和肿瘤微环境
  • 研究发现，从胃炎到AGC的过程中，上皮细胞的比例逐渐减少。
  • 相反，T&NK细胞、B细胞、浆细胞、成纤维细胞、髓系细胞和内皮细胞的比例随着胃癌的进展而增加。这些发现与胃癌的临床发展一致

这种细胞比例可视化的方式，之前有整理复现过相关的推文，详见——多维度细胞比例图揭示细胞构成差异

上皮细胞亚群的分析

对上皮细胞元簇进行了UMAP降维聚类分析，识别了11个亚群：

  • 基底腺黏液细胞（BMCs）：标记基因MUC6和TFF2
  • 主细胞：标记基因LIPF、PGA3和PGA4
  • 肠细胞：标记基因FABP1和APOA1
  • 肠内分泌细胞：标记基因CHGA和CHGB
  • 杯状细胞：标记基因MUC2和ITLN1
  • MSCs（化生干细胞）：标记基因OLFM4、EPHB2和SOX9
  • 壁细胞：标记基因ATP4A和ATP4B
  • 幽门腺黏液细胞（PMCs）：标记基因MUC5AC和TFF1
  • PMC-like细胞：标记基因SOX4
  • 增殖细胞（PCs）：标记基因MKI67
  • 癌前细胞（cancer-pre cells）：标记基因CEACAM5和CEACAM6，且在EGC活检中富集

癌前细胞亚群的特征：

  • 癌前细胞亚群在EGC中富集，并且表达癌标志物CEACAM5和CEACAM6。
  • 且该亚群的拷贝数变异（CNVs）数量高于其他亚群。

细胞亚群的相关性：

通过相关性计算，发现MSCs、PMCs、PCs和癌前细胞亚群之间存在显著相关性（相关系数分别为0.944、0.941、0.939）。

细胞谱系分化轨迹：

  • 使用slingshot分析推断癌前细胞亚群的细胞谱系分化结构和顺序，识别了7条不同的谱系分化路径。

  • Curve 1和Curve 2覆盖了从CAG-IM到AGC的谱系变化。

基因表达变化：

  • 随着TNM-IV期胃癌的进展，一些基因的表达发生变化。例如，KRT18和DEFB1在CAG-IM到AGC过程中逐渐增加。

  • OLFM4在EGC中显著增加，但随着胃癌阶段的增加而急剧下降。
  • KRT18（p<0.0001）和OLFM4（p=0.0435）在癌前细胞亚群中的表达显著高于其他亚群，尽管DEFB1（p=0.0978）的差异不显著，但仍可观察到差异。

生存分析：在TCGA数据库的胃腺癌（STAD）中进行生存分析，发现KRT18、DEFB1和OLFM4的高表达与TNM-IV期和EGC患者的不良预后呈正相关。

关于上皮细胞亚群的分析小结

  • 在EGC中，癌前细胞、MSCs、PMC-like细胞和PCs的亚群数量增加，揭示了癌前细胞亚群的分化轨迹。这些亚群的基因表达变化与胃癌的进展密切相关，可能作为潜在的预后标志物。

  • 随着胃癌的发生和发展，癌前细胞表现出不同的分化轨迹，并表达参与恶变的不同基因。