汤富酬/付卫课题组合作揭示小肠癌的肿瘤发生机制
2024/04/16
26891小肠癌是一种严重的消化道肿瘤，虽然发病率较低但近年来发病率逐年上升。小肠癌诊断发现时通常已经进展到晚期，患者预后常常较差。与结直肠癌患者相比，小肠癌患者确诊时年龄相对较小，并且肿瘤进展往往呈现较高的病理分期和等级。目前小肠癌的研究相对较少，分子遗传特征并不清楚，并且其临床特征与分子特征之间的联系还没有被揭示。尽管已经有研究揭示了小肠癌和结直肠癌的差异性，但是当下小肠腺癌的治疗仍然主要参照结直肠癌的治疗方案，如何评估结直肠癌的治疗方案是否适合小肠癌治疗目前仍然是领域内的重大问题，同时迫切需要发展针对小肠癌的特异性临床治疗方案。
北京大学生物医学前沿创新中心（BIOPIC）汤富酬教授课题组与北京大学第三医院普通外科付卫教授课题组紧密合作，在 Cell Discovery 上发表了题为“Single-cell profiling reveals molecularbasis of malignant phenotypes and tumor microenvironments in small bowel adenocarcinomas”的研究论文。该项研究利用单细胞转录组测序技术对12例小肠癌患者进行分析，系统地揭示了小肠癌恶性肿瘤细胞（癌细胞）和肿瘤微环境细胞的分子特征，比较了小肠癌与其他消化道恶性肿瘤转录组水平上的差异，并在此基础上利用小肠癌的基因表达特点预测了一批治疗小肠癌的潜在候选药物并且进行了体外功能验证。该项工作揭示了小肠癌的重要分子特征，同时为小肠癌的临床治疗提供了重要的线索和理论依据。
该项研究对12例小肠癌患者的原发肿瘤样本、部分癌旁样本以及部分转移样本进行了单细胞转录组测序，样本涉及到包含十二指肠、空肠和回肠等小肠主要组成肠段的小肠癌患者。其中6例患者的样本使用优化的高精度STRT方法进行单细胞转录组测序，另外6例患者的样本使用10X Genomics的方法进行高通量单细胞转录组测序，同时还对部分患者的癌组织和癌旁组织进行了外显子组测序，分析肿瘤细胞特异性的遗传变异。该项研究同时使用了优化的STRT方法和10X Genomics方法进行单细胞转录组测序，优化的STRT方法能够在每个单细胞中捕获更多的基因数，从而更好地揭示该细胞的转录组特征；10X方法能够在每个患者样本中捕获更多的细胞数，从而有利于覆盖肿瘤样本中更稀有的细胞类型，两种方法的有机结合可以高效地兼顾单个细胞转录组特征的准确性（高精度）和每个肿瘤样本中捕获细胞的数量（高通量）。使用以上组合策略，该项研究有以下4个主要发现：
一、鉴定出小肠癌肿瘤组织中普遍存在的4种癌细胞亚型：细胞周期富集型癌细胞、线粒体功能富集型癌细胞、代谢旺盛型癌细胞，以及上皮间充质转化特征富集型癌细胞，并且小肠癌患者的一块肿瘤组织中常常同时含有这4种亚型的癌细胞。
进一步通过拟时间路径分析和分化熵值分析等方法确定了这4种亚型癌细胞之间的肿瘤进展关系，即从细胞周期富集型癌细胞开始，经过线粒体功能富集型癌细胞，最后进展为代谢旺盛型癌细胞或者上皮间充质转化特征富集型癌细胞。在该项研究的12例小肠癌患者中，除了1例测序取样之前接受过化疗的患者的癌细胞转录组特征明显不同外，其他大多数患者都呈现出以上多种癌细胞亚型并存和相同的肿瘤进展模式，并且上述特征在STRT单细胞数据集和10X单细胞数据集中均得到了验证。这表明在只使用少量肿瘤样本的情况下，兼顾单个细胞中基因捕获数量和单个样品中细胞捕获数量的方式，能够很好地揭示肿瘤内部的癌细胞异质性以及不同癌细胞亚群之间的肿瘤进展关系。不同亚型的癌细胞在不同小肠癌样本中的比例不同，而且这些癌细胞亚型的不同比例很可能和不同小肠癌患者的不同预后有关，这需要将来对更多小肠癌样本的临床研究加以探究。
二、发现上皮间充质转化特征富集型癌细胞亚型与CD8阳性的耗竭T细胞具有很强的细胞间相互作用，表明在小肠癌中上皮间充质转化特征富集型癌细胞很可能是促进肿瘤组织中CD8阳性T细胞耗竭的主要原因。
该发现提示，抑制小肠癌中的上皮间充质转化过程很可能会减缓小肠癌肿瘤组织中CD8 阳性T细胞的耗竭状态，从而为小肠癌免疫治疗方案的发展提供了新的启示。
三、发现在全转录组水平上十二指肠肠段的小肠癌和胃癌的基因表达特征更为接近，而空肠肠段的小肠癌和结直肠癌的基因表达特征更为接近，癌细胞转录组的相似性与胃肠道的空间分布顺序一致。
这表明，目前小肠癌的临床治疗方案对任何小肠肠段的小肠癌全都参照结直肠癌的临床一线治疗方案这一做法值得重新评估，十二指肠肠段的小肠癌的临床诊疗方案可能参考胃癌的治疗方案会更有效。
四、利用小肠癌的基因表达特点预测了14种治疗小肠癌的潜在候选药物，并在此基础上对其中4种候选药物进行了十二指肠段小肠癌的肿瘤细胞系的体外杀伤实验验证，发现其中伏拉塞替（Volasertib）和陶扎色替（Tozasertib）两种候选药物比目前临床常用的小肠癌治疗药物奥沙利铂（Oxaliplatin）和伊立替康（Irinotecan）具有更强的肿瘤杀伤效果。
伏拉塞替是PLK1激酶的小分子抑制剂，已被FDA批准用于治疗急性髓系白血病。陶扎色替是Aurora蛋白家族的抑制剂，适应症为多种肿瘤类型的相关临床研究正在进行当中。该研究找到了小肠癌的潜在治疗药物，为小肠癌新的治疗方案提供了重要线索。
北京大学生物医学前沿创新中心、北京大学生命科学学院博士研究生杨经纬，北医三院普通外科周鑫博士，广州国家实验室董骥研究员，郑州大学第一附属医院乳腺外科王文东博士，北医三院普通外科路永衢博士为该论文的并列第一作者。汤富酬、付卫为该论文的共同通讯作者。该研究项目得到了国家自然科学基金和北京未来基因诊断高精尖创新中心的支持。
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