RNA-seq等技術(shù)應(yīng)用與探究結(jié)直腸癌遠端轉(zhuǎn)移起源于殘留的EMP1+細胞

研究結(jié)果
1. 高復(fù)發(fā)細胞（HRCs）的鑒定
作者對大量RNA-Seq的數(shù)據(jù)（其中包括TCGA數(shù)據(jù)庫和6個公共 CRC 轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)集）進行整合分析一共獲得1830個樣本，確定了HR > 1和 P < 0.05的2,530個預(yù)測疾病復(fù)發(fā)的基因（圖1a），并發(fā)現(xiàn)其中有99個基因（在下文中被稱為上皮特異性高風險基因集，EpiHR）顯示出腫瘤上皮細胞限制特異性上調(diào)表達（圖1b-d）。通過UMAP分析，研究發(fā)現(xiàn)27個CRC患者中有18個含有EpiHR基因集標記的細胞（圖1f-h），并將這個腫瘤細胞群稱為高復(fù)發(fā)性細胞（HRCs）。對HRCs 與非 HRCs進行差異表達分析并通過基因富集分析，發(fā)現(xiàn)HRCs與缺氧、細胞間粘附、細胞外間質(zhì)、肌動蛋白細胞骨架和調(diào)節(jié)細胞遷移有關(guān)通路顯著富集（圖1i）
 

Fig 1. 鑒定預(yù)后差的上皮CRC細胞

2. 轉(zhuǎn)移性細胞狀態(tài)的動態(tài)變化
作者用一種新的轉(zhuǎn)移性復(fù)發(fā)小鼠模型，研究 HRC 對轉(zhuǎn)移性復(fù)發(fā)的貢獻，模擬手術(shù)切除原發(fā)腫瘤后發(fā)生轉(zhuǎn)移性復(fù)發(fā)的過程，分析在切除原發(fā)性CRC后檢測肝臟中轉(zhuǎn)移細胞的變化，確定肝臟中有微轉(zhuǎn)移、小轉(zhuǎn)移和大轉(zhuǎn)移（圖2a-d）。UMAP 顯示原發(fā)腫瘤和轉(zhuǎn)移瘤的腫瘤細胞在很大程度上是重疊的（圖 2e,f）)，聚類分析確定了六個細胞亞群（圖2g）()。接下來，研究人員通過軌跡推斷算法 CellRank在轉(zhuǎn)移進展過程中預(yù)測了HRCs是微轉(zhuǎn)移瘤的起源（圖2i-t）。
 

Fig 2. CRC轉(zhuǎn)移的時空動態(tài)變化

3. HRC的特征分析
通過分析人和小鼠的scRNA-Seq數(shù)據(jù)集，發(fā)現(xiàn)人鼠CRC中的HRCs 一致地表達了核心基因的大部分子集，其中，EMP1在 HRCs 中高表達，利用Emp1來追蹤腫瘤復(fù)發(fā)期間的HRCs，發(fā)現(xiàn)EMP1-TOM^high的細胞群處于侵襲部位的前沿以及腫瘤出芽部位，HRCs具有遷移和傳播到其他器官的能力，細胞在向外轉(zhuǎn)移生長后會產(chǎn)生非HRC細胞群（圖3b-k）。
 

Fig 3. EMP高表達細胞富集于侵襲前端和轉(zhuǎn)移灶

4. 殘留的EMP1+細胞導(dǎo)致腫瘤復(fù)發(fā)
利用插入 Emp1基因座的誘導(dǎo)型caspase-9在腫瘤中進行細胞消融實驗，通過DIM治療特異性剔除高表達EMP1的腫瘤細胞（圖4a-e）。結(jié)果表明在原發(fā)性腫瘤生長期間進行DIM治療，大多數(shù)小鼠沒有出現(xiàn)肝和肺轉(zhuǎn)移現(xiàn)象，而在原發(fā)性腫瘤切除一周后進行DIM治療，所有小鼠都出現(xiàn)轉(zhuǎn)移復(fù)發(fā)（圖4f-l）。由此可見，在原發(fā)性CRC切除后，EMP1^high HRCs會導(dǎo)致腫瘤的復(fù)發(fā)轉(zhuǎn)移，但在轉(zhuǎn)移完成后，這類細胞并非腫瘤生長必須的。
 

Fig 4. EMP1^high細胞是遠端轉(zhuǎn)移的起源

5. 新輔助免疫治療可以避免復(fù)發(fā)
假設(shè)在類器官定植開始時，缺乏成熟的 TME 使 HRCs 暴露于后天免疫系統(tǒng)，但擴散的細胞通過免疫調(diào)節(jié)分子繞過免疫攻擊。為了測試微轉(zhuǎn)移性疾病對免疫治療的易感性，用抗 PD1抗體聯(lián)合抗 CTLA4抗體治療小鼠，即在手術(shù)切除原發(fā)腫瘤之前（圖5k–p）。這種方法增加了原發(fā)性結(jié)直腸癌中 CD8+細胞毒性T細胞的數(shù)量（圖5l,m），但是腫瘤生長速率不變，無轉(zhuǎn)移發(fā)生（圖5o-p）。相比之下，手術(shù)后2周應(yīng)用相同的治療方案并不能阻止轉(zhuǎn)移性腫瘤的生長（圖5s），這與在轉(zhuǎn)移性微衛(wèi)星穩(wěn)定的 CRC 患者中觀察到的檢查點免疫治療失敗相一致。因此，在轉(zhuǎn)移定植后的時間窗內(nèi)，免疫治療能有效地消除殘留疾病并防止隨后的轉(zhuǎn)移復(fù)發(fā)。
 

Fig 5. 新輔助治療抑制CRC遠端復(fù)發(fā)

總結(jié)
本研究通過構(gòu)建CRC類人小鼠轉(zhuǎn)移復(fù)發(fā)模型，揭示了一群EMP1高表達的HRC細胞對于轉(zhuǎn)移定植至關(guān)重要，而LGR5+干細胞樣腫瘤細胞對于CRC轉(zhuǎn)移后的生長起關(guān)鍵作用。揭示了 CRC 殘留疾病的細胞狀態(tài)動力學(xué)，并預(yù)期針對 HRCs 的治療可能有助于避免轉(zhuǎn)移性復(fù)發(fā)。為消除殘余病變，開發(fā)新的診斷工具和新療法提供了新的思路。

參考文獻：
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