胃癌肿瘤微环境的单细胞转录组图谱研究学术报告

一、研究团队与发表信息
本研究由Yumin Li（兰州大学第二医院）、Xueda Hu（北京大学）、Ruichai Lin（Clabee Genomics）、Guangyu Zhou（哈佛大学医学院）等共同作者完成，通讯作者为George Church（哈佛大学）、Jie He和Yingtai Chen（中国医学科学院肿瘤医院）。研究成果发表于*Theranostics*期刊2022年第12卷第8期（DOI: 10.7150/thno.71833），标题为《Single-cell landscape reveals active cell subtypes and their interaction in the tumor microenvironment of gastric cancer》。

二、学术背景
胃癌是全球癌症相关死亡的第三大原因，传统治疗手段已进入平台期，免疫检查点抑制剂（如PD-1/PD-L1抗体）在胃癌中的疗效有限。肿瘤微环境（Tumor Microenvironment, TME）的异质性与免疫抑制特性是治疗耐药的关键因素。既往研究多聚焦于上皮细胞，而对TME中基质细胞与免疫细胞的相互作用知之甚少。本研究旨在通过单细胞RNA测序（scRNA-seq）技术，解析胃癌TME的细胞组成、基因表达特征及细胞间通讯网络，为开发新疗法提供分子基础。

三、研究流程与方法
1. 样本收集与处理
- 研究对象：9例未接受治疗的局限性胃癌患者（6例近端癌，3例远端癌），采集肿瘤组织及配对癌旁正常组织。
- 样本处理：组织经酶解为单细胞悬液，通过流式细胞术分选活细胞，使用10x Genomics平台构建单细胞转录组文库。

1. 单细胞测序与数据分析

   • 测序：共获得47,304个高质量细胞（60.4%来自肿瘤组织），检测每个细胞>200个基因。
     
   • 聚类分析：采用Seurat和Harmony算法进行批次校正，初步鉴定7大类细胞（T/NK细胞、B细胞、髓系细胞、肥大细胞、成纤维细胞、内皮细胞、上皮/恶性细胞），进一步细分17个亚群。
     
   • 亚群注释：通过经典标记基因（如FOXP3+Treg、ACKR1+内皮细胞）和差异表达基因（DEGs）定义细胞亚型。
     
   • 功能分析：
     
     • GSVA（Gene Set Variation Analysis）评估通路活性。
       
     • CellPhoneDB预测配体-受体互作网络。
       
     • Slingshot拟时序分析追踪细胞分化轨迹。
       

2. 验证与临床关联

   • TCGA数据验证：分析328例胃癌样本的bulk RNA-seq数据，验证scRNA-seq发现的标志基因（如Treg特征基因）的预后价值。
     
   • 免疫荧光染色：对PDGFRβ（周细胞标记）、ACKR1（静脉内皮标记）等蛋白进行组织定位验证。
     

四、主要研究结果
1. 免疫细胞特征
- Treg细胞扩增：肿瘤组织中Treg（调节性T细胞）比例显著升高（p=2.96×10⁻⁹），高表达免疫抑制基因（如LAYN、IL2RA），且IL-2/STAT5等通路激活，提示TME的免疫抑制状态。
- CD8+ T细胞未耗竭：未发现典型耗竭性CD8+ T细胞群，PD-1、CTLA-4等检查点分子表达低，可能解释免疫治疗疗效有限。

1. 髓系细胞异质性

   • LAMP3+树突细胞（DC）：肿瘤特异性富集，可能源自CDC1/CDC2，高表达CCL19/CCL22，参与T细胞招募。
     
   • 巨噬细胞极化：INHBA+ TAM（肿瘤相关巨噬细胞）兼具M1/M2特征，高表达促血管生成因子（如VEGFA），且与单细胞分化轨迹相关。
     

2. 基质细胞作用

   • 癌症相关成纤维细胞（CAF）：鉴定出3个CAF亚群，其中CTHRC1+ CAF与ECM重塑相关，其标志基因高表达预示不良预后（TCGA验证）。
     
   • 内皮细胞-成纤维细胞互作：肿瘤中内皮细胞（如ESM1+尖端样细胞）与CAF通过VEGF/PGF-PDGFR通路紧密互作，驱动血管生成。
     

3. 细胞通讯网络

   • 肿瘤组织中内皮细胞与成纤维细胞的配体-受体对数量显著增加（15对 vs. 正常组织的3对），提示基质细胞协同促进肿瘤进展。
     

五、结论与意义
1. 科学价值：首次系统描绘胃癌TME的单细胞图谱，揭示Treg介导的免疫抑制、CAF-内皮细胞互作等关键机制，为靶向TME的组合疗法提供新思路。
2. 应用潜力：
- 诊断标志物：ACKR1+内皮细胞、CTHRC1+ CAF可作为预后标志物。
- 治疗靶点：靶向INHBA+ TAM或LAMP3+ DC可能增强免疫治疗效果。

六、研究亮点
1. 技术创新：结合高分辨率scRNA-seq与多组学验证，开发细胞亚型特异性评分方法（如Treg特征基因组合评分）。
2. 发现新颖性：
- 揭示胃癌CD8+ T细胞低耗竭特性，挑战现有免疫治疗策略。
- 鉴定LAMP3+ DC和INHBA+ TAM等新亚群，拓展对TME的认识。

七、其他价值
研究数据已公开（GSA: CRA002586），为后续研究提供资源。局限性包括样本量较小、未涵盖空间转录组信息，未来需扩大队列并整合多组学数据。