导语
结直肠癌（Colorectal cancer，CRC）是第三大常见恶性肿瘤[1]，肝转移性结直肠癌也是CRC治疗中的重点和难点之一，约21-26%的患者表现为同步转移性疾病[2]，其中14.5-17.5%的患者发展为肝转移[3,4]。
2023年6月，作者在Science Advances（IF=13.6）期刊上发表文章“Single-cell and spatial transcriptome analysis reveals the cellular heterogeneity of liver metastatic colorectal cancer”。为了全面绘制结直肠癌和匹配的肝转移的细胞景观，在本研究中，作者使用ScRNA-seq结合空间转录组（spatial transcriptome，ST）和免疫组织化学（immunohistochemistry，IHC）染色以及流式细胞术生成了高分辨率的细胞图谱。
ScRNA-seq实验设计
1.样本类型：6例结直肠癌患者的外周血（PB）、原发性结直肠癌组织（CC）、临近正常结直肠黏膜（CN）、临近肝脏正常组织（LN）和肝脏转移组织（LM）。
2.单细胞数量：流式分选获得了41892个CD4-非免疫细胞与196473个CD4+免疫细胞。
3.平台：BD Rhapsody™单细胞平台进行捕获与建库、Illumina NovaSeq 6000测序。
主要结果
RECRUIT
1.CRC原发肿瘤和CRC肝转移瘤单细胞转录组揭示肿瘤细胞和免疫细胞之间的异质性。
细胞类型的注释，从非免疫细胞中识别出肿瘤细胞（EPCAM和SOX9）、成纤维细胞（COL1A1和COL1A2）和内皮细胞（PECAM1和CD34）；从免疫细胞中鉴定出来T细胞（CD3.pAbO）、自然杀伤（NK）细胞（CD56.pAbO）、B细胞/浆细胞（CD19.pAbO）、单核细胞/巨噬细胞（CD14.pAbO）、树突状细胞（DCs）（HLA.DRA）和肥大细胞（TPSAB1），在结直肠癌肝转移（CRC-derived liver metastasis，CRCLM）的不同组织中发现了具有不同分布模式的多个细胞群。
2.原发性肿瘤和肝转移性肿瘤之间的肿瘤细胞的转录组异质性
作者进行了聚类分析，发现肿瘤细胞的分化谱系不同。在CA8中鉴定出了簇状细胞的分化标记基因LRMP和TRPM5。CA9显示杯状细胞的标记物MUC2的高表达，肿瘤细胞群的异质性提示肿瘤细胞具有分化的潜力。LM中肿瘤细胞的种群多样性与CC相似，为了进一步研究不同肿瘤细胞簇的功能通路和转录程序，作者进行了基因集变异分析（GSVA）和转录因子（TF）分析，结果表明，CA2富含Wnt-β-连环蛋白信号通路，而在Wnt-β-连环蛋白信号通路中发挥重要作用的TF LEF1在CA2中表达上调。此外，CA2还表现出上调体细胞分裂途径的表达。这些结果表明，CA2可能是肿瘤微环境（tumor microenvironment，TME）中的干细胞亚群，聚类鉴定和特征分析证明了肿瘤细胞的功能多样性，而转移性肿瘤可以再现亲代肿瘤的细胞多样性。
3.CXCL13+ T细胞与结直肠癌患者预后良好相关
先前的研究表明，肿瘤反应性T细胞由于持续的肿瘤抗原刺激而表现出耗竭表型，而耗竭表型表明了它们的肿瘤反应性。轨迹分析显示，CD8_CXCL13细胞呈终末分化。此外，CXCL13+ T细胞亚群在TME中显示出显著的克隆扩增能力，进一步表明了它们的抗原经验特性。此外，CD8_CXCL13亚群也表达了高水平的效应分子，如GZMB，这表明该亚群可能保留了部分抗肿瘤功能。
4.在结直肠癌的原发性和肝转移性肿瘤中存在不同的成纤维细胞亚群
成纤维细胞是TME中基质非免疫细胞的主要类型，不同的成纤维细胞亚群已经在广泛的肿瘤中被鉴定出来。因此，作者进一步对成纤维细胞进行了特征分析，以探讨其在结直肠癌原发性和肝转移性肿瘤中的异质性。在结直肠癌的TME中鉴定出8簇具有不同基因表达模式的成纤维细胞。与单细胞分析一致的是，F4_F3亚群只存在于CC中，而在LM中不存在，这一现象可能是由于LN中F4_F3的缺失和CN中F4_F3的存在引起的。ST分析也证实，CC中F4_F3亚群的浸润多于LM。在CN和CC中，F4_F3亚群紧密地围绕在上皮细胞周围，促进其与上皮细胞的相互作用。此外，CC中F4_F3浸润的增加可能导致预后更差。综上所述，在结直肠癌的原发性和肝转移性肿瘤中观察到不同的表型谱和高度可变的成纤维细胞频率，这表明在不同的癌症环境下，TMEs中存在细胞异质性。
总结
作者揭示了CRCLM肿瘤和癌旁组织的TME细胞特征，揭示了成纤维细胞的不同谱系和功能，以及免疫细胞在不同癌症环境中的动态特性，这可以用于进一步识别调节机制和潜在的治疗靶点。
参考文献
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[2] R. L. Siegel, K. D. Miller, A. Jemal, Cancer statistics, 2020. CACancer J. Clin. 70, 7–30 (2020).
[3] S. Manfredi, C. Lepage, C. Hatem, O. Coatmeur, J. Faivre, A.-M. Bouvier, Epidemiology and management of liver metastases from colorectal cancer. Ann. Surg. 244, 254–259 (2006).
[4] C. Hackl, P. Neumann, M. Gerken, M. Loss, M. Klinkhammer-Schalke, H. J. Schlitt, Treatment of colorectal liver metastases in Germany: A ten-year population-based analysis of 5772 cases of primary colorectal adenocarcinoma. BMC Cancer 14, 810 (2014).
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