复旦大学揭示原发性肝癌的单细胞和空间结构景观

近日，复旦大学研究人员在国际期刊《communications biology》上发表了题为“Single-cell and spatial architecture of primary liver cancer”的研究论文，本研究中，研究人员使用单细胞RNA测序，空间转录组和批量多组学，阐述了三种PLC类型，即肝细胞癌(HCC)，肝内胆管细胞癌(ICC)和混合型肝细胞胆管细胞癌(CHC)的分子架构。在高分辨率视角下，研究人员观察发现，CHC细胞表现出内部不一致的表型，而ICC和HCC表现出不同的肿瘤特异性特征。具体来说，ICC是癌症相关成纤维细胞的主要来源，而HCC表现出代谢紊乱和T细胞的个体异质性。研究人员进一步揭示了肿瘤-瘤周交界区的多种中间状态细胞，包括一群具有肿瘤相关内皮细胞和正常内皮细胞分子特征的CPE+中间状态内皮细胞(ECs)。该结构揭示了PLC微环境的分子特征，并提示肿瘤-瘤周交界区可作为精准治疗策略的靶向区域。

研究背景

原发性肝癌(PLC)是全球癌症死亡的主要原因之一，主要包括异质性肝细胞癌(HCC, 75 ~ 85%)、肝内胆管细胞癌(ICC, 10 ~ 15%)和具有共同和/或不同分子特征的混合型肝细胞-胆管细胞癌(CHC, 1 ~ 3%)。其中大多数是具有炎症特征(肝炎病毒感染和胆管炎)的腺癌，有共同的起源(肝祖细胞)或成熟肝细胞和胆管细胞之间的转化。分子调控网络的复杂性和对PLC与肿瘤微环境(TME)关系的认识不足阻碍了对其机制、药物通路和治疗反应的探索。近年来，免疫检查点抑制剂(ICBs)联合酪氨酸激酶抑制剂(TKIs)治疗HCC和ICC的疗效优于单药治疗，但仍存在疗效不一致的问题。通过调节免疫细胞或基质细胞的功能、数量或亚型，靶向免疫细胞或基质细胞正在被探索作为一种有效的治疗癌症的策略。然而，这种方法面临着许多挑战，不仅因为TME的促肿瘤和抗肿瘤作用，还因为病灶内、肿瘤内、肿瘤间、个体异质性和其他未知的关键点(表观遗传、突变和代谢变异等)。特别是考虑到对新鲜样本的要求，由于CHC的发病率相对较低，且术前诊断的不确定性，很少进行高分辨率的研究。因此，对PLC的理解迫切需要深入研究。

单细胞RNA测序(scRNA-seq)已经成为一种在单细胞分辨率下探索癌症及其微环境的有效方法，但在探索实体肿瘤的形态学分辨率方面存在不足。空间转录组学(ST)是近期发展起来的一种高通量RNA测序技术，它克服了这种局限性，在点细胞(10-200个细胞)分辨率上具有可靠性。然而，这两种技术在表观遗传学、蛋白质组学和代谢组学方面都存在不足。因此，研究人员推断，多组学与大组织分辨率分析可能有解决这些缺陷的潜力。在这里，研究人员展示了PLC的详细情况，同时包括HCC, ICC和CHC，并涵盖了多种病毒特征和肿瘤大小。这一努力为不同PLC类型之间的全景视图和平行比较提供了机会，而不是在分离中进行调查。将单细胞转录组学和免疫库的多尺度整合，点细胞ST和大组织多组学相结合，构建了一个有价值的参考纲要，以全面了解PLC。多重荧光RNA原位杂交(RNAscope ISH)和荧光多重免疫组织化学(mIHC)也被用来验证基因表达模式和组织结构。

PLC的分子结构

研究进展

本研究利用单细胞转录组学、空间转录组学和大量多组学，构建了PLC的综合分子结构，包括ICC、HCC和CHC，具有肿瘤微环境和空间异质性。研究人员调查了约289156个细胞，对ICC、HCC和CHC的微环境进行了比较分析，包括癌细胞、免疫细胞、癌症相关成纤维细胞和内皮细胞。研究人员发现了一个具有不同表型的中间状态内皮细胞亚群，并研究了其空间分布格局。这些结果提供了对PLC微环境同质和异质特征的见解，有助于药物开发和病理研究的广泛影响。

利用ST结合scRNA-seq数据，研究人员立体观察了HCC和ICC的表型差异，HCC表现为脂肪酸代谢、胆汁酸生物合成、胆固醇稳态和单羧酸代谢异常的代谢富集，而ICC表现为肌生成和EMT。肝癌的代谢异常和肝内胆管癌的上皮-间充质转化为更精准的治疗策略提供了新的思路。通过ATAC-seq, mRNA-seq, lncRNA-seq和蛋白质组学，研究人员发现了HCC样本中单羧酸的代谢过程。细胞外结构组织在ICC和CHC组织中显著富集，miRNA似乎是这一过程的关键调节因子。通过深入探索在EMT调控中发挥重要作用的miRNA，通过靶向调控EMT过程，为精准制定ICC治疗策略提供可行途径。

研究意义

本研究提供了PLC的综合景观，包括3种主要的肿瘤类型和多维高通量方法。本研究结果强调了这些癌症的异质性，以及在理解肿瘤生物学中考虑空间背景和微环境的重要性。希望本研究能够激发这一领域的进一步研究，并为这些致命癌症的诊断和治疗策略的发展做出贡献。