胃癌(GC)發(fā)病率和死亡率分別排在第五位和第四位，常在疾病晚期診斷，預(yù)后較差，有必要更好地了解胃癌的發(fā)病機(jī)制，以指導(dǎo)精準(zhǔn)預(yù)防工作。新加坡的研究團(tuán)隊(duì)2023年10月在Cancer cell（IF 50.3）發(fā)表題為“Spatiotemporal genomic profiling of intestinal metaplasia reveals clonal dynamics of gastric cancer progression”的文章，從2004年到2015年監(jiān)測(cè)了2980名年齡≥50歲參與者，通過單細(xì)胞和空間分析，強(qiáng)調(diào)了腸上皮化生(IM)的組織生態(tài)和譜系異質(zhì)性的變化，包括與早期惡性腫瘤相關(guān)的腸道干細(xì)胞顯性細(xì)胞室。本研究強(qiáng)調(diào)準(zhǔn)確識(shí)別胃癌高風(fēng)險(xiǎn)IM患者及微生物生態(tài)失調(diào)在IM進(jìn)展中的作用，為精確預(yù)防GC提供了新思路。

?研究材料

1256份人源胃樣本(1152份IMs)

?技術(shù)路線

步驟一：描繪胃惡性前病變驅(qū)動(dòng)基因圖譜

步驟二：研究正常、IM和發(fā)育不良胃組織的時(shí)空克隆動(dòng)態(tài)

步驟三：IM scRNA-seq揭示隨著腸細(xì)胞擴(kuò)增胃組織生態(tài)的變化

步驟四：腸干細(xì)胞顯性IM與GC的轉(zhuǎn)錄相似性

步驟五：轉(zhuǎn)錄組測(cè)序確定了不同的IM表達(dá)亞型

步驟六：偽心房化IMs表現(xiàn)出與獨(dú)特的口腔微生物群落相關(guān)的炎癥微環(huán)境

步驟七：基因組-臨床聯(lián)合預(yù)測(cè)模型優(yōu)于僅基于臨床信息的模型

?研究結(jié)果

1. 胃惡性前病變驅(qū)動(dòng)基因圖譜

277個(gè)與胃腸道(GI)癌癥和其他胃腸道疾病相關(guān)人類基因測(cè)序，1217個(gè)樣本中確定了23575個(gè)體細(xì)胞突變，與正常胃樣本相比，IM突變率顯著更高。除了編碼外顯子，還針對(duì)Hp基因和分布在整個(gè)基因組中約5000個(gè)SNP位點(diǎn)，推斷Hp感染狀態(tài)和拷貝數(shù)改變(CNAs)。SOX9編碼一種轉(zhuǎn)錄因子，通過阻斷腸道分化和促進(jìn)腸道干細(xì)胞樣程序來控制腸隱窩穩(wěn)態(tài)，基因組穩(wěn)定型結(jié)直腸癌(CRC)中報(bào)道，GCEP中SOX9突變的發(fā)生率較TCGA GCs更高，表明IM中的SOX9突變可能促進(jìn)腸道干細(xì)胞譜系和克隆擴(kuò)增。但GC中SOX9突變頻率的降低表明SOX9突變的IM克隆可能不是惡性腫瘤的專性前體。

2.?正常、IM和發(fā)育不良胃組織的時(shí)空克隆動(dòng)態(tài)

組織學(xué)正常組織中基因相關(guān)細(xì)胞群(“克隆”)的擴(kuò)增可能是惡性腫瘤的危險(xiǎn)因素，共有突變僅在2名受試者中觀察到，表明大多數(shù)IM克隆高度動(dòng)態(tài)且短暫。28例胃癌患者進(jìn)行WES檢測(cè)，在每位患者中同時(shí)取樣正常胃組織、發(fā)育不良組織和早期胃癌。在匹配的GC-異型增生對(duì)中，在GC中觀察到的大部分驅(qū)動(dòng)基因突變(TP53、APC、ARID1A、RNF43、KRAS、ERBB3、CTNNB1、SOX9)也在匹配患者的異型增生中也觀察到，預(yù)測(cè)克隆擴(kuò)增從異型增生到惡性GC病變過程，在含有驅(qū)動(dòng)突變的異型增生病變中有更明顯的擴(kuò)張，與后者驅(qū)動(dòng)克隆向惡性腫瘤擴(kuò)展一致。表明在IM中，獨(dú)立的克隆可在不同的胃位點(diǎn)產(chǎn)生，異型增生組織中的基因克隆可能更持久，增加了過渡到完全惡性腫瘤的可能性。

3.?IM scRNA-seq揭示了隨著腸細(xì)胞系的擴(kuò)增胃組織生態(tài)的變化

10名非癌癥受試者的scRNA-seq，42570個(gè)細(xì)胞進(jìn)聚類鑒定出4個(gè)主要細(xì)胞系，包括胃細(xì)胞(TFF2)、腸道(REG4)、免疫(SRGN)、基質(zhì)細(xì)胞(DCN)。以胃和腸譜系為重點(diǎn)，注釋四種胃細(xì)胞，胃癌干細(xì)胞(IQGAP3, STMN1, MKI67)、峽細(xì)胞(SULT1C2, CAPN8, TFF1)、 LYZ+細(xì)胞(LYZ, MUC6, PGC)、未成熟和成熟的隱窩細(xì)胞(GKN1, GKN2, TFF2)。四種腸細(xì)胞，腸干細(xì)胞(OLFM4, CDCA7)、轉(zhuǎn)運(yùn)擴(kuò)增細(xì)胞(DMBT1)、腸上皮細(xì)胞(FABP1, FABP2, KRT20)和杯狀細(xì)胞(SPINK4, MUC2, TFF3)。IM嚴(yán)重程度與腸道細(xì)胞、胃細(xì)胞的比例減少相關(guān)，與免疫細(xì)胞比例和基質(zhì)細(xì)胞比例無顯著差異。SOX9在胃LYZ+細(xì)胞、腸道干細(xì)胞中高表達(dá)。表明后一種特征在bulk轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)中的存在可能與腸道干細(xì)胞比例的增加有關(guān)，而不是所有細(xì)胞類型中SOX9特征表達(dá)的統(tǒng)一增加。

4.?腸干細(xì)胞顯性IM顯示出與GC的轉(zhuǎn)錄相似性

整合IM與先前早期GC的scRNA-seq數(shù)據(jù)，早期GC細(xì)胞似乎與腸干細(xì)胞譜系關(guān)系最密切，表明IM中的腸道干細(xì)胞亞群可能為腸型GC提供潛在的細(xì)胞庫。8名GC患者的組織切片進(jìn)行空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)研究，結(jié)合scRNA-seq數(shù)據(jù)，將每個(gè)IM區(qū)域標(biāo)注為“干細(xì)胞顯性”或“腸細(xì)胞顯性”。HALLMARK推斷干細(xì)胞主導(dǎo)型IM、腸細(xì)胞主導(dǎo)型IM和GC中激活的生物學(xué)途徑，干細(xì)胞優(yōu)勢(shì)IMs過表達(dá)氧化磷酸化基因集和MYC靶點(diǎn)V1通路，這些基因集在GC區(qū)域顯著表達(dá)。腸干細(xì)胞和腸細(xì)胞的標(biāo)記物進(jìn)行分層聚類，將干細(xì)胞主導(dǎo)型IMs與GC歸為一類，而腸細(xì)胞主導(dǎo)型IMs的親緣關(guān)系較遠(yuǎn)。表明即使在同一受試者中，IM也表現(xiàn)出顯著的譜系異質(zhì)性，干細(xì)胞顯性IM表現(xiàn)出與惡性細(xì)胞群相似的表達(dá)特征。

5.?跨受試者的大量轉(zhuǎn)錄組測(cè)序確定了不同的IM表達(dá)亞型

分析183個(gè)癌前GC樣本的bulk RNA-seq轉(zhuǎn)錄組，包括胃竇(24個(gè)正常，31個(gè)IM)和身體/心臟(22個(gè)正常，106個(gè)IM)樣本。正常胃樣本證實(shí)胃竇和體/心樣本的聚類明顯分離。對(duì)IM基因表達(dá)數(shù)據(jù)分層聚類，揭示三種不同的IM亞型。第一種IM亞型為胃竇IMs，第二種亞型與體/心正常組織表達(dá)相似的體/心IMs。第三種亞型包括來自胃、體/心的IMs，但表達(dá)與心房IMs的轉(zhuǎn)錄相似性，讓人聯(lián)想到“假性胃竇化”，稱為“偽心房化IM”。利用單細(xì)胞檢測(cè)4例胃體活檢，鑒定18個(gè)細(xì)胞群，分別對(duì)應(yīng)于胃體系(主細(xì)胞和壁細(xì)胞)、胃竇細(xì)胞(LYZ+細(xì)胞/隱窩/峽細(xì)胞)、腸系細(xì)胞(腸干細(xì)胞和腸細(xì)胞)和免疫細(xì)胞。與“偽心房化”一致，觀察到正常體細(xì)胞類型減少，但正常胃竇細(xì)胞和腸道細(xì)胞在體內(nèi)IM活檢中增加，在一個(gè)體IM樣本中觀察到表達(dá)LYZ細(xì)胞增加，其在正常胃竇中很豐富，在正常體中很少見，也共同表達(dá)AQP5，與AQP5是SPEM的標(biāo)志物一致。

6.?偽心房化IMs表現(xiàn)出與獨(dú)特的口腔微生物群落相關(guān)的炎癥微環(huán)境

免疫細(xì)胞在機(jī)體IM活檢中的比例高于胃竇IM，IM出現(xiàn)在胃體內(nèi)可能與特定免疫微環(huán)境有關(guān)。假設(shè)在假性胃炎中觀察到炎癥環(huán)境可能是由微生物組成的改變引起的。對(duì)RNA-seq最豐富的30個(gè)細(xì)菌屬聚類成兩個(gè)細(xì)菌群落，其中集群1通常與口腔相關(guān)的細(xì)菌(如鏈球菌、卟啉單胞菌)，與先前16S測(cè)序報(bào)道的某些口腔細(xì)菌可能與幽門螺桿菌根除后IM發(fā)病相關(guān)一致，微生物群1的水平與炎癥評(píng)分的增加顯著相關(guān)，表明這些微生物的存在可能啟動(dòng)促炎過程。

7.?基因組-臨床聯(lián)合預(yù)測(cè)模型優(yōu)于僅基于臨床信息的模型

評(píng)估分子結(jié)果的臨床相關(guān)性，對(duì)每個(gè)危險(xiǎn)因素進(jìn)行單因素和多因素分析，多因素回歸分析顯示，胃蛋白酶原+、吸煙、較高突變數(shù)和較大克隆顯著增加發(fā)育不良的風(fēng)險(xiǎn)。與單獨(dú)的臨床模型相比，綜合分子和臨床模型在預(yù)測(cè)不典型增生方面具有更高的AUC。吸煙、較高的竇腔突變數(shù)和較大的竇腔克隆顯著增加了發(fā)育不良的風(fēng)險(xiǎn)。分子與臨床結(jié)合模型的預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率高于臨床模型。表明將分子信息與臨床數(shù)據(jù)相結(jié)合可能會(huì)改進(jìn)預(yù)測(cè)模型，從而對(duì)胃惡性腫瘤前期受試者的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分層。

?小結(jié)

本研究報(bào)告了迄今為止最大的人類IMs基因組和轉(zhuǎn)錄調(diào)查，IMs起源于胃竇，患者之間甚至患者內(nèi)部有高度異質(zhì)性；SOX9在某些克隆中被鑒定為新的IM驅(qū)動(dòng)基因，化生細(xì)胞共同表達(dá)多譜系的異常標(biāo)記具有更高的表型可塑性和癌癥傾向；鑒定以腸道干細(xì)胞(OLFM4)中正常表達(dá)的基因表達(dá)為標(biāo)志的IM細(xì)胞亞群顯性；單細(xì)胞和空間分析支持“腸道干細(xì)胞優(yōu)勢(shì)”IM細(xì)胞與最終GC之間的密切關(guān)系；鑒定出一種獨(dú)特的 “偽心房化”分子亞型，偽心房化的IM表現(xiàn)出明顯的炎癥特征；分析IM轉(zhuǎn)錄組的微生物序列讀數(shù)，發(fā)現(xiàn)其細(xì)菌水平增加而多樣性減少，是多種胃腸道疾病相關(guān)的微生物生態(tài)失調(diào)的標(biāo)志；鑒定口腔微生物與傳統(tǒng)基于16s測(cè)序方法定義的IM相關(guān)群落有很強(qiáng)的重疊；最后將基因組數(shù)據(jù)整合到臨床風(fēng)險(xiǎn)分層模型中可以提高風(fēng)險(xiǎn)模型的準(zhǔn)確性，表明基因組檢測(cè)在識(shí)別胃癌高危人群方面具有潛在的實(shí)用性，最終提出一種潛在的GC精確預(yù)防的臨床途徑，可平衡調(diào)查大量患者群體與內(nèi)窺鏡手術(shù)和包括基因組測(cè)序在內(nèi)的先進(jìn)診斷測(cè)試所需的資源密集型投資之間的緊張關(guān)系，促進(jìn)分子引導(dǎo)的風(fēng)險(xiǎn)分層策略的發(fā)展，識(shí)別胃癌高?；颊呒白钄辔赴┌l(fā)展的方法。

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