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

研究結(jié)果
1. 高復(fù)發(fā)細(xì)胞（HRCs）的鑒定
作者對(duì)大量RNA-Seq的數(shù)據(jù)（其中包括TCGA數(shù)據(jù)庫(kù)和6個(gè)公共 CRC 轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)集）進(jìn)行整合分析一共獲得1830個(gè)樣本，確定了HR > 1和 P < 0.05的2,530個(gè)預(yù)測(cè)疾病復(fù)發(fā)的基因（圖1a），并發(fā)現(xiàn)其中有99個(gè)基因（在下文中被稱為上皮特異性高風(fēng)險(xiǎn)基因集，EpiHR）顯示出腫瘤上皮細(xì)胞限制特異性上調(diào)表達(dá)（圖1b-d）。通過(guò)UMAP分析，研究發(fā)現(xiàn)27個(gè)CRC患者中有18個(gè)含有EpiHR基因集標(biāo)記的細(xì)胞（圖1f-h），并將這個(gè)腫瘤細(xì)胞群稱為高復(fù)發(fā)性細(xì)胞（HRCs）。對(duì)HRCs 與非 HRCs進(jìn)行差異表達(dá)分析并通過(guò)基因富集分析，發(fā)現(xiàn)HRCs與缺氧、細(xì)胞間粘附、細(xì)胞外間質(zhì)、肌動(dòng)蛋白細(xì)胞骨架和調(diào)節(jié)細(xì)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(xì)胞

2. 轉(zhuǎn)移性細(xì)胞狀態(tài)的動(dòng)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(duì)轉(zhuǎn)移性復(fù)發(fā)的貢獻(xiàn)，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(guò)程，分析在切除原發(fā)性CRC后檢測(cè)肝臟中轉(zhuǎn)移細(xì)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(xì)胞在很大程度上是重疊的（圖 2e,f）)，聚類分析確定了六個(gè)細(xì)胞亞群（圖2g）()。接下來(lái)，研究人員通過(guò)軌跡推斷算法 CellRank在轉(zhuǎn)移進(jìn)展過(guò)程中預(yù)測(cè)了HRCs是微轉(zhuǎn)移瘤的起源（圖2i-t）。
 

Fig 2. CRC轉(zhuǎn)移的時(shí)空動(dòng)態(tài)變化

3. HRC的特征分析
通過(guò)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(dá)了核心基因的大部分子集，其中，EMP1在 HRCs 中高表達(dá)，利用Emp1來(lái)追蹤腫瘤復(fù)發(fā)期間的HRCs，發(fā)現(xiàn)EMP1-TOM^high的細(xì)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(xì)胞在向外轉(zhuǎn)移生長(zhǎng)后會(huì)產(chǎn)生非HRC細(xì)胞群（圖3b-k）。
 

Fig 3. EMP高表達(dá)細(xì)胞富集于侵襲前端和轉(zhuǎn)移灶

4. 殘留的EMP1+細(xì)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(jìn)行細(xì)胞消融實(shí)驗(yàn)，通過(guò)DIM治療特異性剔除高表達(dá)EMP1的腫瘤細(xì)胞（圖4a-e）。結(jié)果表明在原發(fā)性腫瘤生長(zhǎng)期間進(jìn)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(jìn)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(huì)導(dǎo)致腫瘤的復(fù)發(fā)轉(zhuǎn)移，但在轉(zhuǎn)移完成后，這類細(xì)胞并非腫瘤生長(zhǎng)必須的。
 

Fig 4. EMP1^high細(xì)胞是遠(yuǎn)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(shí)，缺乏成熟的 TME 使 HRCs 暴露于后天免疫系統(tǒng)，但擴(kuò)散的細(xì)胞通過(guò)免疫調(diào)節(jié)分子繞過(guò)免疫攻擊。為了測(cè)試微轉(zhuǎn)移性疾病對(duì)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(xì)胞毒性T細(xì)胞的數(shù)量（圖5l,m），但是腫瘤生長(zhǎng)速率不變，無(wú)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(zhǎng)（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(diǎn)免疫治療失敗相一致。因此，在轉(zhuǎn)移定植后的時(shí)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(yuǎn)端復(fù)發(fā)

總結(jié)
本研究通過(guò)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(dá)的HRC細(xì)胞對(duì)于轉(zhuǎn)移定植至關(guān)重要，而LGR5+干細(xì)胞樣腫瘤細(xì)胞對(duì)于CRC轉(zhuǎn)移后的生長(zhǎng)起關(guān)鍵作用。揭示了 CRC 殘留疾病的細(xì)胞狀態(tài)動(dòng)力學(xué)，并預(yù)期針對(duì) 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(xiàn)：
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