IF50.5｜早期结直肠癌中肿瘤胎儿可塑性普遍出现

转移相关肿瘤胎儿状态在T1期结直肠癌侵袭前沿已普遍存在，但并非转移充分条件。

这篇按生信解读号的读法拆：先看背景和问题，再看作者怎么做、做出了哪几条硬发现，最后把数据和代码收走。

研究背景

结直肠癌（CRC）是研究肿瘤进展的模式癌种，驱动突变通常在早期获得，但转移形成的遗传驱动因素尚未明确。临床数据显示，约10%的CRC在T1期即已发生转移，且进化重建表明转移播种常在诊断前数年启动。然而，由于早期肿瘤难以采样、缺乏纵向模型，转移能力何时、何地、如何首次出现仍不清楚。肿瘤微环境（TME）在转移能力获得中起主导作用，其中成纤维细胞亚型与复发风险密切相关。同时，癌细胞内的再生性胎儿样状态（oncofetal plasticity）对成功转移播种至关重要，但其在肿瘤进展中的时空起源和诱导机制尚未阐明。

科学问题

卡在哪里： 以往研究集中于晚期CRC，对早期阶段（T1期）侵袭前沿形成时的细胞状态和微环境变化缺乏系统表征；缺乏能够模拟恶性转化前后连续阶段的实验模型，无法区分肿瘤细胞内在因素与微环境外在因素在诱导转移相关表型中的作用。

本文要回答： 本文旨在揭示早期结直肠癌中转移相关肿瘤胎儿状态出现的时间、空间模式及其诱导机制，并明确肿瘤细胞内在与微环境外在因素的贡献。

技术路线

作者主要用了：空间转录组、单细胞转录组、类器官共培养、全基因组测序、免疫荧光。

作者首先对19例T1期CRC进行空间转录组分析（GeoMx），沿肿瘤进展轴（正常、腺瘤、核心、侵袭前沿）放置感兴趣区域，分别获取上皮和基质表达谱。随后，从同一批患者建立多区域类器官生物库，结合全基因组测序和生长因子依赖实验排除肿瘤细胞内在差异。进一步利用单细胞RNA测序和单细胞空间转录组（CosMx）解析成纤维细胞亚型的空间分布，并通过类器官-成纤维细胞共培养和CRISPR报告系统验证微环境信号对肿瘤胎儿状态的诱导作用。最后，通过伪时间空间转录组分析恶性转化前后的标本，追踪成纤维细胞亚型的起源和演变。

图 1　Fig. 1。图1展示了19例T1 CRC的空间转录组实验设计和主要发现。a图显示样本队列和探针面板；b-c图展示ROI放置和上皮/基质分割；d-e图显示上皮和基质区室分离，患者特异性方差在上皮中更明显；f-g图显示侵袭前沿高表达再生/胎儿标志物，核心高表达细胞周期基因；h-k图显示HRC签名在侵袭前沿普遍存在，与转移状态无关；l图显示转移性侵袭前沿免疫相关程序下调。

核心亮点

亮点 1｜肿瘤细胞内在因素不驱动区域表型差异

对8例患者的多区域类器官进行全基因组测序，发现侵袭前沿与肿瘤核心的驱动突变谱完全一致，无额外驱动突变。核型分析也显示核心与侵袭前沿染色体臂非整倍体水平高度相似。生长因子依赖实验表明，配对的核心和侵袭前沿类器官在WNT、P53、EGF、BMP、TGFβ信号通路扰动下的生长行为高度相关。这些结果排除了肿瘤细胞内在获得性特征作为侵袭前沿表型差异的驱动因素。

图 2　Fig. 2。图2展示了多区域类器官生物库的建立和肿瘤细胞内在因素分析。a-b图显示从正常、腺瘤、核心、侵袭前沿取样并成功建立73个类器官系；c-d图显示核心和侵袭前沿驱动突变谱一致；e-f图显示核型相似；g-i图显示生长因子依赖实验表明核心和侵袭前沿类器官生长行为高度相关，排除肿瘤细胞内在差异。

亮点 2｜成纤维细胞亚型空间模式模拟正常隐窝轴

单细胞RNA测序揭示早期CRC微环境中成纤维细胞亚型呈现空间分区：正常组织富含stromal 1成纤维细胞，肿瘤核心富集telocytes（S2），侵袭前沿富集trophocytes（S3）和trophocyte-like CAFs。trophocyte-like CAFs表达SFRP2、GREM1、FAP，并可进一步分为MMP-和MMP+两个亚群。空间转录组和免疫荧光证实trophocyte-like CAFs在侵袭前沿富集，并与LAMC2+肿瘤胎儿细胞共定位。单细胞空间转录组（CosMx）显示，MMP- trophocyte-like CAFs位于侵袭前沿基质侧，而MMP+亚群位于肿瘤侧并与肿瘤胎儿细胞共定位最强。

图 3　Fig. 3。图3展示了早期CRC微环境中成纤维细胞亚型的空间分布和临床相关性。a-b图显示scRNA-seq鉴定的细胞类型；c图显示成纤维细胞亚型标志物表达；d图显示TME-HR签名在CAFs和trophocytes中最高；e图显示转移性侵袭前沿CD8+ T细胞签名降低；f图显示侵袭前沿CAF和trophocyte签名与较差无病生存相关；g-i图显示trophocyte-like CAFs在侵袭前沿富集；j-k图显示SFRP2+成纤维细胞与LAMC2+肿瘤细胞共定位；l-n图显示单细胞空间转录组证实trophocyte-like CAFs与肿瘤胎儿细胞共定位。

亮点 3｜Trophocyte-like CAFs诱导肿瘤胎儿可塑性

类器官与成纤维细胞共培养实验显示，3D培养的成纤维细胞能强烈诱导肿瘤类器官表达肿瘤胎儿程序，包括HRC签名。3D成纤维细胞高表达TGFB3和PTGS2（COX2），与体内trophocyte-like CAFs一致。利用CRISPR构建的EMP1-mNeon报告类器官筛选发现，TGFβ和前列腺素（PGE2/PGD2）联合处理能最有效诱导EMP1+肿瘤胎儿细胞，而BMP、WNT5A、炎症因子等无此效果。RNA-seq和免疫荧光验证了TGFβ/前列腺素诱导的肿瘤胎儿状态，且该诱导在核心和侵袭前沿类器官中均可发生，表明可塑性由外在信号驱动。

图 4　Fig. 4。图4展示了类器官-成纤维细胞共培养实验和肿瘤胎儿可塑性诱导的验证。a图显示共培养实验设计；b-c图显示3D共培养诱导肿瘤胎儿程序；d图显示3D成纤维细胞签名在侵袭前沿区域高表达；e图显示3D成纤维细胞高表达TGFB3和PTGS2；f-i图显示CRISPR报告系统筛选发现TGFβ和前列腺素联合诱导EMP1+细胞；j-l图显示RNA-seq和免疫荧光验证肿瘤胎儿状态诱导。

亮点 4｜恶性转化后trophocytes向CAFs转变

对11例跨越恶性转化前后的CRC标本进行单细胞空间转录组分析（CosMx 6,000基因面板），发现LAMC2+肿瘤胎儿细胞和FAP+ CAFs在黏膜内癌中缺失，在T1 sm1期开始出现，并在T1 sm3期增多。trophocyte-like CAFs首先在T1 sm1期出现，且MMP+亚群出现最晚。轨迹推断分析支持组织驻留trophocytes向trophocyte-like CAFs的分化轨迹。整合已发表的scRNA-seq数据也证实了从trophocytes到CAFs的转变，并显示早期和晚期CRC中成纤维细胞亚型多样性相似但比例不同。

图 5　Fig. 5。图5展示了伪时间单细胞空间转录组分析恶性转化前后的标本。a-b图显示11例标本的UMAP；c-d图显示肿瘤细胞类型和成纤维细胞亚型相对丰度随分期变化；e-f图显示免疫荧光验证LAMC2和FAP表达；g图显示trophocyte-like CAFs与肿瘤胎儿细胞空间邻近；h图显示TGFβ和前列腺素信号在肿瘤胎儿细胞附近升高；i-j图显示轨迹推断支持trophocytes向CAFs转变；k图显示早期和晚期CRC成纤维细胞亚型比例差异。

生信可带走

这一块是给做分析的人用的，不是科普点缀。

• 方法栈： 空间转录组、单细胞转录组、类器官共培养、全基因组测序、免疫荧光
• 公开数据： 原文未给出公开组学登录号
• 代码： 原文未给出公开 GitHub/GitLab 仓库
• 谁该点开原文： 研究肿瘤微环境、肿瘤可塑性、早期癌症进展及成纤维细胞异质性的科研人员。

带走一句

早期CRC侵袭前沿的肿瘤胎儿状态由微环境成纤维细胞亚型（trophocyte-like CAFs）通过TGFβ和前列腺素信号诱导，而非肿瘤细胞内在驱动突变所致。