结直肠癌微环境中细胞间通讯与信号传导的研究进展综述

作者及机构
本文由英国诺丁汉大学生物发现研究所癌症遗传学与干细胞研究组的Shaikha Almusawi、Mehreen Ahmed以及Abdolrahman S. Nateri（通讯作者）合作完成，同时Mehreen Ahmed亦隶属于瑞典隆德大学转化癌症研究实验室。研究于2021年2月1日在线发表于期刊《Clinical and Translational Medicine》（Clin. Transl. Med. 2021;11:e308），DOI: 10.1002/ctm2.308。

研究背景与主题
结直肠癌（Colorectal Cancer, CRC）作为全球第三大常见恶性肿瘤，其异质性和复杂的肿瘤微环境（Tumor Microenvironments, TME）是治疗耐药和预后差的关键因素。本文综述了CRC微环境中细胞间通讯的分子机制，重点探讨了当前体外和体内模型（如类器官、患者来源异种移植模型等）的局限性，并提出患者来源组织块（Patient-Derived Explant, PDE）模型结合单细胞多组学技术（Single-Cell Multi-Omics）的研究策略，旨在揭示肿瘤-间质相互作用的动态网络，为个体化治疗提供新思路。

主要观点与论据

1. CRC微环境的异质性与细胞通讯的复杂性

   • 证据：CRC由上皮癌细胞、基质成纤维细胞（Cancer-Associated Fibroblasts, CAFs）和多种免疫细胞组成，其共识分子亚型（Consensus Molecular Subtypes, CMS）揭示了不同亚型的转录组、表观遗传和微环境特征（表1）。例如，CMS4型以TGF-β激活和间质浸润为特征，而CMS1型表现为高免疫浸润。
     
   • 机制：细胞间通讯通过黏附连接蛋白（如E-cadherin/N-cadherin切换）和信号通路（如Wnt/β-catenin）介导。例如，CAFs通过机械牵引促进癌细胞侵袭，而内皮细胞通过VEGF分泌驱动血管生成（图1）。
     

2. 现有模型的局限性

   • 单细胞模型（如类器官和球体）：虽能模拟上皮结构，但缺乏间质和免疫成分（表2）。例如，肠类器官无法再现CAFs对肿瘤进展的促癌作用。
     
   • 患者来源异种移植（PDX）：虽保留肿瘤异质性，但人源间质细胞在传代中被鼠源细胞替代，导致微环境失真。
     
   • 患者来源类器官（PDO）：成功率虽高（90%原发癌），但仅含上皮细胞，难以研究免疫逃逸机制。
     

3. PDE模型的优势与应用

   • 技术特点：PDE直接培养手术切除组织，保留原始组织结构、细胞多样性和空间分布（图2）。短期培养中可通过免疫组化、实时定量PCR等终点分析评估药物反应。
     
   • 案例：研究发现CCR5阻断可抑制巨噬细胞促肿瘤极化，验证了PDE在免疫治疗研究中的潜力。
     

4. 单细胞多组学技术的整合

   • 方法：结合单细胞RNA测序（scRNA-seq）、质谱流式（CyTOF）和CITE-seq（同时检测转录组和表面蛋白），可解析分泌因子（如IL-6、VEGF）和受体互作。
     
   • 数据库工具：CellPhoneDB通过亚基结构分析配体-受体对，识别肿瘤特异性互作（如CXCL12-CXCR4）。
     

5. 挑战与未来方向

   • 技术瓶颈：单细胞网络推断方法（如SCENIC、PIDC）预测准确性不足，需结合CRISPR扰动验证因果性。
     
   • 临床转化：多区域采样和治疗前后对比研究将增强PDE的预测价值。
     

研究意义与价值
本文系统评价了CRC微环境研究的模型与技术局限，提出了PDE联合多组学的创新框架。其科学价值在于揭示细胞通讯网络的动态调控，而应用价值体现在为个体化药物筛选和免疫治疗靶点发现提供实验平台。特别是PDE模型避免了动物实验的伦理问题，符合“替代-减少-优化”的3R原则。

亮点
- 方法论创新：首次提出PDE与单细胞多组学的整合策略，填补了异质性研究的空白。
- 跨学科应用：通过生物信息学工具（如CiteFuse）整合转录组与蛋白质组数据，提高了配体-受体互作分析的准确性。
- 临床相关性：强调了CMS分型在靶向治疗中的指导作用，为CRC精准医学提供分子基础。

其他重要内容
本文还探讨了肠道微生物组（如具核梭杆菌）通过代谢物调控肿瘤微环境的潜在机制，为CRC的联合治疗提供了新视角。