1. 发表杂志信息

发表杂志名称（英文名）：Advanced Science

影响因子：14.3

online 时间：2025.02.14

2. 研究概述

尽管在识别新型治疗靶点和化合物方面取得了显著进展，但癌症干细胞（CSCs）在驱动胃癌（GC）的治疗耐药性和肿瘤进展中仍起着关键作用。目前缺乏对 CSC 微环境在驱动肿瘤干性和进展中作用的转录程序的高分辨率认知。本研究通过对 32 个人胃黏膜组织进行空间和单细胞 RNA 测序，揭示了肿瘤上皮的表型可塑性以及从成熟胃主细胞到 CSC 状态的转录轨迹，这与 EGFR 和 WNT 信号通路的激活有关。此外，CSCs 与免疫抑制性的 CXCL13 + T 细胞、CCL18 + M2 巨噬细胞相互作用以逃避免疫监视，还与炎性癌症相关成纤维细胞（iCAFs）相互作用促进肿瘤发生并维持干性，构建了导致预后不良的 CSC 微环境。值得注意的是，研究发现源自 iCAFs 的双调蛋白（AREG）通过上调肿瘤细胞中 SOX9 的表达促进肿瘤干性，并通过 AREG - ERBB2 轴导致耐药性。本研究为理解 CSC 微环境在驱动肿瘤干性和进展中的特征提供了有价值的见解，为设计克服 GC 治疗耐药性的有效策略提供了新的视角。

3. 研究结果

图 1：人类 GC 的单细胞和空间分辨转录组图谱：

为了解 GC 发生和进展的动态分子和细胞特征，研究人员对 28 个人胃黏膜样本进行单细胞转录组分析，并对 4 个 GC 样本进行空间转录组分析（图 1A）。经质量控制后，128940 个高质量细胞被保留并分为 10 种主要细胞类型（图 1B、C）。inferCNV 鉴定出的恶性上皮细胞具有高恶性上皮评分，证实其分类（图 1D）。GSVA 分析显示，与非恶性上皮细胞相比，恶性上皮细胞中上调基因富集于肿瘤侵袭、缺氧等相关通路，下调基因富集于代谢通路（图 1E）。不同样本组中 10 种主要细胞类型的比例存在显著差异，GC 组中内皮细胞、单核细胞 / 巨噬细胞、恶性上皮细胞和成纤维细胞的频率增加，而非恶性上皮细胞比例下降（图 1F、G）。这些结果描绘了人类 GC 的单细胞和空间转录组图谱，展示了不同细胞类型在 GC 进展过程中的变化

图 2：胃癌发生过程中 CSC 的特征：

利用 UMAP 分析将上皮细胞分解为 11 个主要簇，包括不同类型的正常上皮细胞和恶性细胞（图 2A、B）。不同样本组中各上皮簇的比例不同，GS 和 GC 组中 SPEM 细胞丰度显著升高，GC 组中恶性上皮簇比例更高（图 2C）。CSC 表达高水平肿瘤干性基因，具有高癌症干性评分，且 EGFR 和 ERBB2 等癌症驱动基因激活（图 2D）。PROGENy 分析证实 CSC 中炎症和干性相关信号通路激活（图 2E）。多重免疫荧光染色验证了 GC 区域中 CSC 的存在（图 2F）。轨迹分析表明 SPEM 细胞起源于主细胞的转分化，并可发展为 T2 和 CSC（图 2G、H）。CytoTRACE 方法显示 CSC 具有最高的多能性评分，主细胞分化评分最高，SPEM 细胞处于过渡状态。重新分析其他数据进一步验证了研究结果，且 CSC 丰度与患者生存呈负相关（图 2J）。该图全面刻画了胃癌发生过程中 CSC 的特征及其与患者预后的关系

图 3：早期 GC 组织中通过空间转录组学验证 CSC：

对早期 GC 组织进行空间转录组分析，降维聚类得到 6 个空间簇（图 3A、B）。空间簇 C1 和 C2 主要表达胃黏液和消化酶分泌相关基因，C0 和 C4 主要表达成纤维细胞和周细胞相关标记（图 3C）。C0、C1、C2、C4 主要位于正常胃黏膜区域，而 C3 和 C5 分别对应化生和肿瘤区域，且高表达干细胞标记（图 3B、D）。C5 还高表达细胞增殖标记，癌症信号通路、GO term 和 PROGENy 分析表明其富集 CSC 相关信号通路。在晚期 GC 中也得到类似验证。此图从空间转录组学角度验证了 CSC 在 GC 组织中的存在和特征

图 4：GC 发生过程中 T 细胞亚群的分子和细胞特征：

将肿瘤浸润淋巴细胞（TILs）分为 12 个亚簇，不同亚簇具有不同的基因表达模式（图 4A - C）。与 GS 和 NC 组相比，GC 组中 CXCL13 + CD8、FOXP3 + Treg 和 MKI67 + CD8 T 细胞显著富集，ZNF683 + CD8 T 细胞比例下降（图 4D）。CXCL13 + CD8 T 细胞、FOXP3 + Tregs 和 MKI67 + CD8 T 细胞高表达 T 细胞耗竭标记基因，具有高耗竭或细胞毒性特征（图 4D、E）。这些细胞与 CSC 的丰度存在显著正相关（图 4F）。细胞间串扰分析表明 CSC 与这些免疫抑制性 TILs 通过特定配体 - 受体对相互作用（图 4G）。多重免疫荧光染色验证了 CSC 与 T 细胞的相互作用机制（图 4H）。该图揭示了 GC 发生过程中 T 细胞亚群与 CSC 的相互关系及免疫抑制机制

图 5：GC 发生过程中 CAF 亚群的分子和细胞特征：

将 CAFs 分为 6 个亚群，iCAFs 和 CST1 + mCAFs 在 GC 组中高度富集（图 5A - D）。iCAFs 高表达炎性细胞因子、趋化因子和生长因子，KEGG 和 PROGENy 分析表明其富集于多种与 CSC 维持相关的信号通路（图 5E - G）。轨迹分析显示 iCAFs 起源于 CST1 + mCAFs，CST1 + mCAFs 处于过渡状态（图 5H）。生存分析表明 iCAF 相关基因的表达和 iCAFs 的丰度与不良预后相关（图 5I、J）。此图详细描述了 GC 发生过程中 CAF 亚群的特征及其与 CSC 和患者预后的关系

图 6：单细胞和空间分析揭示 CSC 微环境内的细胞相互作用：

通过单细胞 RNA 测序分析细胞间相互作用，发现 iCAFs 和 CST1 + mCAFs 与免疫细胞和肿瘤细胞（尤其是 CSCs）频繁相互作用（图 6A）。iCAFs 与 CSCs 通过 WNT 和 EGF 信号通路相互作用，多种配体 - 受体对参与其中（图 6B、C）。空间转录组结果证实了 iCAFs 和 CSCs 在早期和晚期 GC 中的共定位和正相关，AREG 与 ERBB2 的表达在空间上一致（图 6D - F）。该图展示了 CSC 微环境内细胞间的相互作用关系，强调了 iCAFs 与 CSCs 的联系

图 7：iCAFs 通过 AREG - ERBB2 途径促进 GC 增殖和干性：

多重免疫荧光染色显示 GC 组织中 AREG + iCAFs 和 SOX9 + CSCs 显著富集（图 7A）。Transwell 共培养实验表明 iCAFs 显著促进 GC 细胞肿瘤球形成，qRT - PCR 分析显示共培养后 CSC 相关标记基因表达增加（图 7B、C）。iCAFs 还诱导 GC 细胞产生耐药性，AREG 缺失抑制 iCAFs 的促肿瘤作用，外源性 AREG 则促进肿瘤球和类器官形成（图 7D - F）。敲低 ERBB2 或使用其抑制剂 Lapatinib 显著降低 GC 细胞肿瘤球形成能力（图 7G、H）。qRT - PCR 和 Western blotting 分析表明 AREG - ERBB2 轴通过 AKT 介导促进肿瘤发生，调节 CSC 标记基因和相关蛋白表达（图 7I、J）。该图证明了 iCAFs 通过 AREG - ERBB2 轴促进 GC 增殖、干性和耐药性的作用机制 。

4. 研究总结

本研究通过整合单细胞 RNA 测序和空间转录组分析，全面探究了胃癌从正常组织到化生再到癌症过程中的细胞和分子变化。研究揭示了肿瘤上皮的表型可塑性以及从成熟胃主细胞到 CSC 状态的转录轨迹，明确了 CSC 的起源、分子特征、空间分布及其与微环境中免疫细胞和基质细胞的相互作用。发现 CSC 与特定免疫抑制细胞亚群（如 CXCL13 + T 细胞、CCL18 + TAMs）相关，且 iCAFs 通过上调 SOX9 和 OLFM4 促进 CSC 干性，通过 AREG - ERBB2 信号通路导致耐药性。这些发现加深了对 CSC 微环境调控 CSC 自我更新、耐药性和肿瘤进展机制的理解，为开发新的诊断工具和靶向治疗策略提供了重要依据，有望改善胃癌患者的预后。但研究也存在局限性，如空间转录组测序分辨率有限、缺乏体内功能验证等，未来研究可针对这些方面进一步深入探索。