单细胞分辨率揭示结直肠癌动态演进中的分子景观：从息肉到癌变的细胞异质性解析

本研究通过单细胞RNA测序(scRNA-seq)技术，系统解析了结直肠癌(CRC)从正常黏膜→炎性息肉→腺瘤性息肉→癌变的动态分子特征。研究人员对10例临床样本进行单细胞转录组测序，发现配体-受体基因(LRIs)、转录因子(TFs)和热休克蛋白(HSPs)在免疫微环境调控中的关键作用，鉴定出ARID5B、HNF4G等关键调控因子，为CRC早期诊断和靶向治疗提供了新靶点。该研究构建了首个结直肠癌单细胞数据库(http://www.colon-singlecell.cn)，发表于《Journal of Translational Medicine》。

　　

结直肠癌作为全球第三大高发恶性肿瘤，其发生发展遵循经典的"正常-息肉-腺瘤-癌变"演进序列。尽管这一病理进程已被广泛认知，但驱动这一转变的细胞分子机制仍如"黑箱"般未被完全揭示。传统研究受限于批量测序技术，难以捕捉肿瘤微环境(TME)中细胞亚群的动态变化，导致早期诊断标志物匮乏和晚期治疗选择有限。随着单细胞技术的发展，解析CRC演进过程中的细胞异质性和分子互作网络，成为突破临床诊疗瓶颈的关键。

宜春市人民医院联合南昌大学第一附属医院的研究团队在《Journal of Translational Medicine》发表重要成果。研究人员收集10例涵盖CRC全病理阶段的临床样本（3例正常黏膜、2例炎性息肉、2例腺瘤性息肉和3例浸润癌），通过10x Genomics单细胞测序获得51,819个细胞转录组。运用Seurat聚类、Monocle2拟时序分析和SCENIC调控网络构建等技术，结合TCGA数据库验证，系统描绘了CRC动态演进的分子图谱。研究首次发现配体-受体基因表达模式可作为细胞分型的新标准，并构建了开放访问的结直肠癌单细胞数据库。

主要技术方法
样本来自内镜或手术切除的临床组织，经胶原酶消化获得单细胞悬液后，使用10x Genomics Chromium平台构建文库。数据分析采用Seurat(4.0.0)进行质控和聚类，DoubletFinder去除双细胞，Harmony校正批次效应。功能注释通过clusterProfiler完成，细胞互作采用CellPhoneDB和CellChat分析。关键发现通过免疫荧光(IF)和免疫组化(IHC)在独立队列验证，并利用TCGA数据进行生存分析。

高细胞异质性与T细胞的分子分界
研究揭示T细胞在CRC演进中呈现显著异质性，鉴定出15个亚群。CD4⁺FOXP3⁺Treg在癌组织中显著富集，与患者不良预后相关。拟时序分析显示CD4⁺T细胞从初始/记忆状态向效应状态分化，SCENIC分析确定ARID5B为关键转录因子。CD8⁺T细胞中鉴定出IRF9和SOX4的核心调控作用，其高表达预示较差生存结局。值得注意的是，正常组织中T细胞高表达免疫球蛋白(IGHA1/2, IGKC)，而癌变阶段则转为热休克蛋白(HSPA1A, HSP90AA1)主导，这种"Ig-HSP转换"可能成为新型生物标志物。

IgKC和IgLC2/3区分IgG与IgA浆细胞
浆细胞和B细胞分析发现两个IgG亚群：IgKC^high和IgLC2/3^high。IgA浆细胞则根据Ig轻链表达分为三组，其中IGHA1^highIGKC^high亚型在正常组织中占优，而癌变过程中浆细胞功能显著抑制。这种免疫球蛋白异质性模式与CRC免疫逃逸密切相关，为理解免疫治疗耐药提供了新视角。

肿瘤样上皮细胞与HNF4G高表达
上皮细胞分型鉴定出BEST4⁺OTOP2⁺酸碱感应细胞、远端吸收细胞、肠内分泌细胞和肿瘤样细胞四类。拷贝数变异(CNV)分析证实肿瘤样上皮细胞（特征基因EGFR, CEACAM5）的恶性属性。SCENIC分析发现HNF4G在癌变中的核心作用，HT29细胞实验证实其敲除可显著抑制增殖。HOXB13在炎性息肉中高表达，具有肿瘤抑制特性。

癌症相关成纤维细胞(CAFs)中INHBA和TWIST1高表达
成纤维细胞分型揭示INHBA⁺CTHRC1⁺CAFs在CRC中特异性富集。TWIST1被确定为CAFs的关键转录因子，其表达水平与患者生存期负相关。正常组织中成纤维细胞高表达ADIRF和免疫球蛋白基因，而癌变后转为促肿瘤表型，这种转变可能驱动微环境重塑。

内皮细胞与髓系细胞增加
CRC组织中内皮细胞(ECs)显著增多，呈现CDX1/IGFBP5/SELE高表达特征。髓系细胞中鉴定出肿瘤相关髓系细胞(TAMCs)亚群，其特异性标志物SRRM2和MALAT1可能参与免疫检查点调控。

EGFR介导的细胞互作网络
CellChat分析揭示EGFR信号在CRC细胞互作中的核心地位。上皮细胞EGFR通过响应AREG、HBEGF等多源配体，整合微环境信号促进肿瘤进展。免疫荧光证实EGFR⁺EPCAM⁺上皮细胞在癌组织富集，与不良预后显著相关。

这项研究通过单细胞多组学整合分析，首次系统描绘了CRC全病理阶段的分子动态图谱。其核心价值在于：1）建立配体-受体基因表达谱的细胞分型新范式；2）鉴定ARID5B-Treg、HNF4G-上皮细胞、TWIST1-CAFs等多组调控轴；3）揭示"Ig-HSP转换"的免疫特征演变规律；4）构建首个结直肠癌单细胞数据库。这些发现为早期诊断提供了IGHA1、TFF1、NR1D1和SFRP2等阶段特异性标志物，并为靶向HNF4G、EGFR等关键分子开发阶段适应性治疗策略奠定基础。未来研究需在更大队列中验证分子分型的临床适用性，并深入探索已鉴定靶点的功能机制。