探秘结直肠癌：肿瘤与正常组织细胞外基质的差异起源及临床意义

为探究结直肠癌（CRC）肿瘤微环境（TME）的异质性，研究人员分析 ECM，确定其细胞起源及与预后关系，意义重大。

　　《探秘结直肠癌：肿瘤与正常组织细胞外基质的差异起源及临床意义》

在人体这个复杂的 “小宇宙” 里，结直肠癌（Colorectal Cancer，CRC）就像一颗危险的 “暗物质”，严重威胁着人们的健康。CRC 的发展过程充满了神秘色彩，癌细胞不断变异，让肿瘤微环境（Tumor Microenvironment，TME）变得越来越复杂多样。TME 就像是癌细胞的 “庇护所”，不仅为癌细胞提供营养，还帮助它们抵抗治疗。目前，虽然我们对 CRC 的分子亚型有了一定了解，但对于 TME 中一个关键角色 —— 成纤维细胞，尤其是它与细胞外基质（Extracellular Matrix，ECM）变化的关系，却知之甚少。而 ECM 就像是 TME 的 “脚手架”，支撑着整个肿瘤的结构，对肿瘤的发展起着至关重要的作用。所以，深入研究它们之间的关系，就像是找到了一把解开 CRC 发展谜题的钥匙，对于开发针对性的治疗方法意义非凡。

为了揭开这个谜题，来自韩国科学技术院（KAIST）、韩国基础科学研究所等机构的研究人员展开了一场科学探索之旅。他们的研究成果发表在《British Journal of Cancer》上，为我们了解 CRC 带来了新的曙光。

研究人员在此次研究中主要运用了以下关键技术方法：首先，收集了 21 例 CRC 患者的组织样本以及相邻正常组织（Normal Adjacent to Tumor，NAT），通过基于洗涤剂的方法进行脱细胞处理，以富集 ECM 成分。接着，运用串联质谱标签（Tandem Mass Tag，TMT）质谱技术对富集后的样本进行蛋白质组分析；整合公共数据集的单细胞 RNA 测序（Single-cell RNA Sequencing，scRNA-Seq）数据进行分析，从而描绘 TME 内的细胞状态；同时，开展批量组织 RNA 测序（Bulk tissue RNA-Seq）和生物信息学分析，进一步探索基因表达模式和 TME 组成 。

下面来看看具体的研究结果：

1. 定量蛋白质组分析：研究人员从 21 名 CRC 患者手术获取的 NAT 和肿瘤组织中，利用脱细胞处理富集 ECM 蛋白。通过分析发现，ECM 富集过程成功去除了细胞核，减少了基因组 DNA，同时保留了 ECM 结构。在所有样本中鉴定出 6323 种蛋白质，其中 407 种为 ECM 蛋白及相关蛋白。与非脱细胞的天然组织相比，脱细胞处理后的 ECM 样本中核心 ECM 的相对百分比组成（RPC）显著更高。肿瘤组织与 NAT 的 ECM 成分差异明显，肿瘤组织中 ECM 糖蛋白（GLYs）、相关蛋白和分泌因子增加，而胶原蛋白（COLs）和蛋白聚糖（PROs）显著减少，这表明肿瘤组织中存在显著的 ECM 重塑。
2. 差异表达的 ECM 蛋白：通过差异表达蛋白（DEP）分析，发现 110 种 ECM 蛋白在 NAT 的 pdECM 样本中富集，28 种在肿瘤组织中富集 。肿瘤组织中富集的 DEPs 大多属于 GLY 组，而 NAT 组织中富含多种 COLs、GLYs 和 PROs，尤其是小富含亮氨酸蛋白聚糖（SLRPs）家族的 PROs。免疫组织化学（IHC）验证了部分蛋白在 NAT 和肿瘤组织中的差异表达。
3. 基质聚焦的单细胞分析：研究人员整合 8 个公共 scRNA-Seq 数据构建了 CRC 单细胞图谱，鉴定出 33 种细胞状态。不同细胞状态在 NAT 和肿瘤组织中的分布存在差异，如 ADAMDEC1⁺成纤维细胞、PI16⁺成纤维细胞在 NAT 组织中富集，而促结缔组织增生性成纤维细胞、巨噬细胞等在肿瘤组织中比例更高。通过建立细胞 - 基质数据库，发现不同细胞状态具有独特的 ECM 基因表达模式。
4. 确定差异细胞起源：利用 DEPs 和细胞 - 基质数据库，研究发现许多 NAT 和肿瘤相关的 ECM 蛋白基因主要由成纤维细胞表达。在肿瘤中，促结缔组织增生性成纤维细胞和 WNT5A⁺炎性成纤维细胞富集；在 NAT 中，ADAMDEC1⁺成纤维细胞显著富集。编码 NAT 富集的 ECM 蛋白的基因主要在 ADAMDEC1⁺、BMP4⁺和 PI16⁺成纤维细胞中表达，而编码肿瘤富集的 ECM 蛋白的基因主要在促结缔组织增生性成纤维细胞和 WNT5A⁺炎性成纤维细胞中表达。
5. 根据分子亚型进行基质反卷积：运用批量 RNA 测序数据和 CIBERSORTX 反卷积工具，研究人员发现 NAT 和肿瘤样本的细胞状态分布存在显著差异。肿瘤富集的成纤维细胞状态在不同分子亚型中表现出亚型特异性变化，如 CMS1 中 WNT5A⁺成纤维细胞比例相对较高，而 CMS4 中促结缔组织增生性成纤维细胞比例更高 。不同 CMS 与不同细胞状态存在相关性，这有助于识别 TME 的分子特征。
6. CMS4 特异性基质标记物与临床相关性：CMS4 以广泛的基质浸润和 ECM 组织为特征。研究发现 CMS4 中促结缔组织增生性成纤维细胞比例更高，且 PI16⁺成纤维细胞与 CMS4 特异性基质存在潜在关联。通过基因集富集分析（GSEA）确定了 68 个 CMS4 富集的基质基因，结合 ECM 蛋白质组学数据，定义了 20 个 CMS4 富集的基质分子。其中 7 个分子与无进展生存期（PFS）相关，可用于推断 TME 中的成纤维细胞群体，区分恶性 CMS4 与其他亚型。

研究结论和讨论部分指出，该研究成功鉴定了正常和肿瘤 CRC 组织中的全球 ECM 蛋白，揭示了 CRC 肿瘤组织在 ECM 成分上的患者间异质性以及 NAT 组织的 ECM 蛋白同质性。研究还强调了癌症相关成纤维细胞（CAFs）的功能异质性，不同类型的成纤维细胞与正常或肿瘤组织相关，且在不同 CMS 中发挥不同作用。此外，研究确定的与 CMS4 相关的 ECM 分子，可作为判断预后的指标，有助于区分具有间充质 CMS4 亚型的患者。不过，该研究也存在一些局限性，如样本数量有限、临床相关性有待进一步加强、成纤维细胞在基质中的具体位置尚不清楚等。但总体而言，这项研究为我们理解 CRC 的分子和组织病理学特征提供了新的视角，整合 ECM 中心蛋白质组学和基质聚焦转录组学数据，为深入了解 CRC 的分子景观奠定了基础，有望推动针对 CRC 的精准治疗发展。