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大家好，今天给大家分享一篇题为 Single-cell transcri ptomic analysis decipher shetero genous cancer stem-like cells in colorec tacancer and their organ-specific metas tasis (单细胞转录组分析解读大肠癌中的外源性癌症干样细胞及其器官特异性转移) 结直肠癌（CRC）是世界上第三大最常见和最致命的癌种之一，CRC患者的5年生存率低于20%，且肿瘤转移而致死的患者占CRC死亡患者的90%。 01 研究背景 转移是癌症死亡的主要原因。然而，原发性肿瘤中哪些类型的异质性癌细胞以及它们如何转移到靶器官在很大程度上仍未被发现。我们在原发性结直肠癌（CRC）和肝转移（lCRC）或卵巢转移（oCRC）中进行了单细胞RNA测序和空间转录组学分析。我们还进行了免疫荧光染色和功能实验来检验其机制。 对上皮细胞的综合分析显示，具有高蛋白酪氨酸磷酸酶受体 O 型 （PTPRO） 和 achaete scute-like 2 （ASCL2） 表达的干细胞样细胞簇是转移罪魁祸首。该细胞簇包含不同的亚群，显示出不同的肝脏或卵巢转移偏好。具有高 delta 样配体 4 （DLL4） 和 MAF bZIP 转录因子 A （MAFA） 表达的群体 1 （P1） 细胞富集在原发性 CRC 和 oCRC 中，因此可能与卵巢转移有关。 与胆管细胞具有相似表达模式的 P3 细胞主要存在于原发性 CRC 和 lCRC 中，据推测可能是特异性转移到肝脏的罪魁祸首。干细胞样细胞通过DLL4-NOTCH信号通路与癌症相关成纤维细胞和内皮细胞相互作用，从原发性CRC转移到卵巢。在oCRC微环境中，肌成纤维细胞为癌细胞提供谷氨酰胺并进行代谢重编程，这对于癌细胞在卵巢中的定位和发育可能是必不可少的。 见图一 人CRC中的单细胞转录组学景观。  图一 （A）CRC的样本采集、scRNA-seq和空间转录组学分析以及与公共数据集的结合分析的示意图。CRC，结直肠癌;lCRC，肝转移性CRC;oCRC，卵巢转移性CRC;PBMC，外周血单核细胞。 （B） 通过scRNA-seq分析所有样品的230 818个细胞的均匀流形近似和投影（UMAP）。簇由规范标记注释。 （C）所选标志物在不同细胞亚型中的表达水平。点大小表示表达细胞的比例，颜色表示归一化的基因表达水平。 （D）不同组织类型中细胞亚型的相对比例。 （E） 不同细胞亚型在正常、无远处转移患者的原发性 CRC （NM-CRC）、远处转移患者的原发性 CRC （M-CRC）、oCRC 和 lCRC 中的比例。仅显示比例为 >0.5% 的细胞亚型。 见图二  图二 （A） UMAP 显示 14 种上皮细胞亚型。 （B） 气泡热图，显示 （A） 所示的 14 种上皮细胞亚型中标记基因的表达水平（表示为不同的颜色）和表达细胞的比例（表示为不同的点大小）。 （C）通过Ro/e评分估计的不同上皮细胞的组织分布。 （D）显示上皮细胞拷贝数变异（CNV）评分的UMAP图。 （E） 脊线图，显示五种恶性细胞亚型的基因组不稳定性评分。 （F） 14 种上皮细胞亚型的基于分区的图抽象分析（左图）和 14 种上皮细胞亚型 RNA 速度的 UMAP（右图）。 （G）所有上皮细胞的干性密度评分。 （H） 干细胞样细胞和其他细胞亚型之间的差异表达基因。Y 轴表示 -log2p 值，按对数排序的基因2沿 x 轴的折叠变化。 （I） 基因集富集分析显示 MYC 靶标 V1 和 WNT/β-连环蛋白信号通路在干细胞样细胞中上调。包括归一化富集评分 （NES） 和错误发现率 （FDR）。CRC，结直肠癌;lCRC，肝转移性CRC;oCRC，卵巢转移性CRC;PBMC，外周血单核细胞。 见图三 achaete scute-like 2 （ASCL2） 和蛋白酪氨酸磷酸酶受体 O 型 （PTPRO） 的过表达赋予结直肠癌 （CRC） 干细胞样细胞转移表型。  图三 （A） ASCL2 和 PTPRO 在 14 种上皮细胞亚型中的表达水平。点大小表示表达细胞的比例，颜色表示归一化表达水平。 （B） 基于对患者 2 原发性 CRC 样本的空间转录组学分析的 STEM 样特征评分（左图）以及 ASCL2（中图）和 PTPRO（右图）的表达水平。 （C） 免疫荧光显示干细胞样细胞聚集在原代 CRC 样品中。比例尺，50μm。 （D） ASCL2耗竭（shASCL2）对PTPRO表达水平的影响。 （E） 腹膜 CRC 转移和原发性 CRC 肿瘤中心或浸润性前沿 PTPRO 表达水平的比较（来自GSE75117数据集）。P值由Wilcoxon秩和检验确定。 （F） 通过PTPRO的表达水平估计微卫星稳定CRC患者总生存期的Kaplan-Meier。 （G） PTPRO耗竭（shPTPRO）对CRC细胞迁移和侵袭能力的影响。 （H） PTPRO表达变化（shPTPRO）对CRC细胞球增殖能力的影响。 （G）和（H）中的数据是来自三个独立实验的平均值±标准差，*p<0.05、**p<0.01、***p<0.001是通过单因素方差分析（ANOVA）检验和Dunnett's T3多重比较确定的。IF， 侵入性锋;ns，不显著;PM，腹膜转移;TC，肿瘤中心。 见图四 器官特异性 CRC 转移中 CRC 干细胞样细胞的异质性。  图四 （A） 显示八种干细胞样细胞亚型的 UMAP 图。 （B）显示干细胞样细胞亚型在不同器官中的分布的密度图。白框突出显示了每个器官中高比例的干细胞样细胞亚型。 （C） P1、P2、P3 和 P4 细胞在正常、CRC、lCRC 和 oCRC 中的比例。 （D） 细胞亚型及其在CRC、lCRC和oCRC中的空间分布的分配。 （E） 每种干细胞样细胞亚型的特征表达。 （F） 原发性 CRC 中 P1 细胞和 P3 细胞之间的差异表达基因 （DEGs）。x 轴表示两组之间基因比例的差异。 （G） 热图显示原发性 CRC、oCRC 和 lCRC 的 P1 细胞和 P3 细胞中某些 DEG 的表达水平。 （H） 肝转移 （LM） 或卵巢转移 （OM） 患者原发性 CRC 中 DLL4 水平的比较。P值采用双侧Wilcoxon秩和检验计算。 （I） 受试者工作特征 （ROC） 曲线显示原发性 CRC 中 DLL4 蛋白水平对卵巢转移的预测效率（曲线下面积 （AUC）=0.7083）。CRC，结直肠癌;lCRC，肝转移性CRC;oCRC，卵巢转移性CRC。 见图五 Delta 样配体 4 （DLL4）、achaete scute-like 2 （ASCL2） 和蛋白酪氨酸磷酸酶受体 O 型 （PTPRO） 促进结直肠癌 （CRC） 卵巢转移。  图五 （A） ASCL2、PTPRO 或 DLL4 耗竭对 CRC 卵巢转移的影响。 （B） 具有卵巢转移 （OM） 或没有卵巢转移 （non-OM） 的小鼠比例作为 ASCL2、PTPRO 或 DLL4 耗竭的函数。 （C） 小鼠 OM 的代表性 H&E 图像。红色箭头表示 CRC 转移。比例尺，500 μm 和 250 μm。 见图六 结直肠癌 （CRC） 转移中干细胞与 CAF 和分化内皮细胞的相互作用。  图六 （A） 13 种成纤维细胞亚型的 UMAP 图。 （B） 原发性 CRC 中 CAF 和 P1/P6 细胞之间选定的配体-受体对。 （C） 基于P1-CAFs相互作用评分的癌症基因组图谱（TCGA）-COAD数据集中微卫星稳定CRC患者生存时间的Kaplan-Meier估计。 （D） 10 种内皮细胞亚型的 UMAP 图（左图）和这些内皮细胞亚型的分层聚类（右图）。 （E） 显示不同内皮细胞亚型中选定标志物表达水平的气泡热图。点大小表示表达细胞的比例，颜色表示归一化表达水平。 （F） 通过 Ro/e 评分估计的内皮细胞亚型的组织患病率。 （G） 有或没有 CRC 转移的患者中四种内皮细胞亚型的特征评分。数据来自TCGA-COAD数据集。Wilcoxon 秩和检验的 P 值。 （H） 四种内皮细胞亚型中某些通路的基因表达水平热图。 （I）4种内皮细胞亚型NOTCH信号通路中部分基因的差异表达水平。 （J） 4种内皮细胞亚型分化内皮细胞D特征评分的比较。Wilcoxon 秩和检验的 P 值。 （K） 参与 P1 和 CAF 或 Art_NOTCH4/Tip_COL4A1 之间的 DLL4-NOTCH 配体受体对的网络。 见图七 卵巢转移性结直肠癌 （oCRC） 代谢特征的特征。  图七 （A） oCRC微环境中存在的细胞亚型示意图。 （B） Monocle2 推断的三种肌成纤维细胞亚型的伪时间顺序分析。细胞亚型用不同的颜色（左图）和伪时间（右图）标记。 （C） 显示发送方和接收方通信次数的条形图。x 轴是肌成纤维细胞和癌细胞亚型，而 y 轴是通讯次数。橙色条和紫色条分别表示发送方和接收方信元的通信数量。 （D）显示代谢物-传感器通过代谢物和传感器从肌成纤维细胞到FDPS恶性细胞的信息流。点的大小表示连接数。这些线路连接发送器、代谢物、传感器和接收器。线条的颜色表示 −log+10（p 值），线宽表示通信分数。 （E） 小提琴图显示了两种肌成纤维细胞和五种恶性细胞亚型的 GLUL mRNA 水平。 （F）oCRC中5种恶性细胞亚型的代谢评分，显示FDPS恶性细胞的代谢活性最高。圆圈大小和颜色深浅都代表缩放的代谢评分。 （G）箱形图显示了五种恶性细胞亚型中选定代谢物的富集水平。 （H）5种恶性细胞亚型谷氨酰胺代谢通路中基因的表达水平。点大小表示表达细胞的比例，而颜色表示归一化的表达水平。 02 研究结论 总之，通过使用整合scRNA-seq，空间转录组学分析和功能测定，我们发现了一个以PTPRO和ASCL2为转移罪魁祸首的干细胞样细胞簇，其亚群显示出进一步不同的肝脏或卵巢有机趋向性。在原发性结直肠癌中，转移的结直肠癌细胞通过NOTCH信号通路与CAF和D内皮细胞相互作用，为其转移获得营养和能量。 我们的研究结果揭示了器官特异性CRC转移的转移罪魁祸首。此外，先前的研究报道了 Wnt 靶基因，包括 LGR5 和 AXIN2，是上皮组织47-49 中的功能性干细胞标志物，而 ASCL2 仅限于胃和肠道干细胞。 27 50Wang等人表明，高水平的ASCL2表达对于维持胃CSCs的自我更新特性和致瘤性至关重要.51因此，我们的发现也可能与其他胃肠道（GI）癌症有关，尤其是胃癌，这值得研究。 好了，今天的文献解读就到这儿来，我们下期再见！如果你正在开展临床研究.需要方案设计.数据管理. 数据分析等支持.也随时可以联系我们。 |
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