胃癌是全球最常见的恶性肿瘤之一，病死率排名第三。幽门螺杆菌（H. pylori）感染是胃癌（GC）的主要风险因素。然而，H. pylori驱动的胃癌发生中的细胞异质性和潜在的分子机制尚不清楚。
近日，来自南昌大学的研究人员在《J Adv Res》发表了题为“单细胞转录组分析揭示了与幽门螺杆菌相关的胃肿瘤发生中的细胞复杂性和微环境”的研究论文。研究者生成了一个包含18个样本的胃癌发生的单细胞图谱，这些样本包括胃炎、胃肠上皮化生（IM）和有或没有H. pylori感染的胃癌（GC）。进行了单细胞RNA测序（scRNA-seq）。在第二个人类胃组织队列中应用免疫荧光、免疫组化和qRT-PCR分析进行验证。对公共TCGA和GEO数据集进行了生物信息学分析。
主要结果1.在胃肿瘤发生的连续过程中，上皮细胞的比例逐渐减少，而髓系细胞的百分比增加
所有胃样本中都存在各种细胞类型，其中上皮细胞和T细胞占主导。随着病变从胃炎（GS）发展到胃肠上皮化生（IM）再到胃癌（GC），上皮细胞比例降低，髓系细胞比例升高。特别是在胃癌组织中，内皮细胞比例显著增加。H. pylori感染样本中上皮细胞比例较低，而内皮细胞和髓系细胞比例较高。免疫组化和流式细胞术分析以及公共数据库的数据支持了这些发现，显示了胃肿瘤发生过程中细胞组成的显著变化，特别是在肿瘤微环境中。
图1单细胞RNA测序（ScRNA-seq）分析显示，在胃癌发展过程中，髓系细胞比例增加，同时上皮细胞比例减少
2.在多步胃肿瘤发生过程中，上皮细胞的谱系和转录模式具有明显的不同
通过单细胞RNA测序分析了胃肿瘤发生过程中上皮细胞的谱系和转录模式，发现了19个不同的上皮细胞聚类，包括多种特定类型的胃上皮细胞。研究发现，随着胃肿瘤的发展，内分泌细胞比例下降，而肿瘤样上皮细胞（EPC）在胃癌（GC）组织中富集。通过拷贝数变异（CNV）分析，确认了肿瘤样EPC具有更高的恶性潜力。此外，研究还揭示了肠上皮细胞主要来源于胃肠上皮化生（IM）组织，而肿瘤样EPC在GC组织中显著增加。通过轨迹分析和免疫染色验证，提出了肿瘤样EPC可能起源于坑粘液细胞的假设，并发现这些细胞中与上皮间充质转化（EMT）途径相关的基因表达显著增加，特别是KRT17基因，这可能与其促进癌症的潜力有关。这些发现为理解胃肿瘤发生的细胞异质性和分子机制提供了重要见解。
图2在多步骤胃癌发生过程中上皮细胞的不同亚型和转录模式
3.在癌前病变胃肠上皮化生中存在一种独特的上皮细胞亚群——肠上皮细胞
研究聚焦于胃肠上皮化生中的肠上皮细胞这一独特细胞亚群，发现其在胃肠组织中极为丰富。肠上皮细胞高表达CDX1和CDX2，与胃肠化生表型相关，是胃癌前的重要标记。研究还发现，肠上皮细胞与脂质代谢和糖酵解途径相关，其表达水平在胃肠上皮化生组织中显著高于胃炎和胃癌组织。此外，肠上皮细胞中HNF4G转录因子及其下游靶基因的特异性表达模式得到了揭示，HNF4G在肠上皮细胞的分化和功能中起着关键作用。这些发现为理解胃癌发展过程中的细胞异质性和分子机制提供了重要见解。
图3胃固有膜中一个独特的上皮亚群——肠上皮细胞的分子特征
4.差异表达基因与H. pylori感染在上皮细胞中的关联
H. pylori感染与胃上皮细胞中的差异表达基因存在关联。研究表明，H. pylori感染导致与胃酸和消化酶分泌相关的基因表达下调，而与化生病变相关的基因表达上调。特别是，OLFM4基因在H. pylori阳性的胃癌组织中表达水平更高，这可能与其在胃癌发展中的作用有关。此外，H. pylori感染在体外胃类器官模型中也显著上调了FABP1和OLFM4的表达，进一步证实了这些基因与H. pylori感染相关的胃病理学变化的潜在联系。
图4根据幽门螺杆菌感染状态的上皮细胞转录组异质性
5.内皮细胞（ECs）异质性和ECs-肿瘤样上皮细胞（EPC）亚型互作预测
探讨了内皮细胞（ECs）在胃癌发展中的异质性及其与肿瘤样上皮细胞（EPC）亚型的相互作用。通过无监督聚类分析，企业软件开发外包研究人员发现了7个不同的ECs亚群，这些亚群在胃癌组织中富集，并且与血管生成和细胞外基质重塑相关。特别地，肿瘤样ECs在胃癌组织中显著增加，并与细胞粘附和PI3K/Akt信号通路相关，暗示H. pylori感染可能促进血管生成。研究还发现ECs和肿瘤样EPC之间存在密切的信号交流，涉及胶原和VEGF信号通路，这些通路在胃癌的发展中可能起到关键作用。通过分析公共数据库的数据，研究人员进一步证实了这些分子特征和相互作用在胃癌中的重要性。
图5上皮细胞（ECs）及上皮肿瘤样内皮前体细胞（EPC）亚群的异质性以及它们之间互作网络的预测
6.不同癌与非癌样本中的特定成纤维细胞亚型
通过无监督聚类方法发现了11个成纤维细胞亚群，并将其与胃癌相关的成纤维细胞称为癌相关成纤维细胞（CAFs）。这些CAFs在胃癌组织中表现出与免疫、炎症和Wnt信（iCAFs）在胃癌组织中比例较高，且表达补体成分和Wnt信号通路的调节因子水平升高。研究还揭示了成纤维细胞从ECM_Fib和肌成纤维细胞向iCAFs的动态转变，并指出NFATC1在iCAFs中的特异性调控作用。这些发现强调了CAFs在胃癌免疫微环境中的重要性。
图6幽门螺杆菌相关胃前癌和癌样本中成纤维细胞亚群的特征描述
7.成纤维细胞与肿瘤样上皮细胞（EPC）亚群之间的互作预测以及与幽门螺杆菌相关的成纤维细胞中差异表达基因的鉴定
预测了成纤维细胞与肿瘤样上皮细胞（EPC）之间的相互作用，并鉴定了与H. pylori感染相关的成纤维细胞中的差异表达基因（DEGs）。分析显示，炎症性癌相关成纤维细胞（iCAFs）在出站信号中起主导作用，并通过分泌配体如COL1A1、COL1A2和FN1与肿瘤样EPC上的受体CD44和SDC4相互作用。H. pylori感染的胃样本中CAFs的比例增加，而ECM_Fibs减少。DEGs包括FN1、C3、IL1B、CXCL8和CD74，在胃癌组织中表达水平升高，尤其在H. pylori阳性的胃癌组织中。这些结果表明H. pylori感染可能通过激活FN1信号网络促进胃癌微环境中成纤维细胞与上皮细胞的相互作用（图6)。
8.与H. pylori相关的胃癌发生中髓系细胞的组织特异性模式
研究表征了胃癌中髓系细胞的五种亚群，并发现H. pylori感染的胃癌组织中髓系细胞数量显著增加。特别地，肿瘤相关巨噬细胞（TAMs）在肿瘤组织中富集，表现出M2样表型，与免疫抑制作用相关。研究还揭示了髓系细胞与上皮细胞之间的互作网络，其中巨噬细胞、TAMs、单核细胞和cDC2细胞分泌细胞因子并表达相应受体。H. pylori感染上调了髓系细胞中CXCL3、TIMP1、CD14和CTSL基因的表达，这些基因在胃癌组织中表达水平更高，尤其在H. pylori阳性患者中。这些发现强调了H. pylori在调控胃癌中髓系细胞功能和肿瘤微环境中的角色。
图7与幽门螺杆菌相关的胃癌发生过程中组织特异性髓系细胞的模式
9.T、B细胞和浆细胞聚类及亚型分析
通过无监督聚类分析揭示了T和B细胞的内在亚结构，共鉴定出14个T细胞亚群和6个B细胞及浆细胞亚群。T细胞亚群包括调节性T细胞（Treg）和多种CD8+T细胞亚型，其中Treg细胞在胃癌组织中比例较高，与预后不良相关。CD8+T细胞中，CD8_MKI67亚群在胃癌组织中显著富集，显示了T细胞在肿瘤中的增殖功能。B细胞和浆细胞在胃癌组织中的分布与正常组织有所不同，其中IgA+浆细胞在胃炎和胃肠上皮化生中更常见，而IgG+浆细胞亚群在胃癌中富集，尤其在H. pylori感染个体中更为丰富。这些发现为理解H. pylori相关胃癌中T和B细胞的功能角色提供了新的见解。
图8T细胞亚型的表征
10.多细胞通讯网络塑造H. pylori驱动的致癌微环境
研究揭示了多细胞通讯网络在H. pylori驱动的胃癌发展中的作用。基质细胞是信号传递的主要来源，而免疫T细胞和髓系细胞是主要的接收者。成纤维细胞通过胶原信号与多种细胞通讯，而肿瘤相关巨噬细胞（TAMs）与iCAFs之间的相互作用对胃癌的预后有重要影响。H. pylori感染增强了细胞间通讯的数量和强度，并激活了TNF-TNFR1等信号通路，这可能在H. pylori相关的胃癌发展中起到关键作用。
图9多细胞通讯网络塑造了幽门螺杆菌驱动的胃癌发生微环境
亮点总结1.细胞异质性和微环境的全面揭示：研究通过单细胞转录组分析，全面揭示了与幽门螺杆菌相关的胃肿瘤发生中的细胞复杂性和微环境，为理解胃肿瘤的分子机制提供了新的视角。
2.特定细胞亚群的识别：研究发现胃肠上皮化生（IM）中存在特定的上皮细胞亚群——enterocytes，它们在胃癌发展中可能扮演重要角色，并且HNF4G被预测为这一特定亚群的转录因子。
3.H. pylori感染与细胞间通讯的关联：研究揭示了H. pylori阳性样本中细胞间通讯的增强，特别是TNF信号网络的显著活跃，为H. pylori感染相关胃癌的细胞间相互作用提供了新的见解。（来源：南昌大学）
发布于：江苏省