通过单细胞技术和多组学数据整合，建立一种基于上皮细胞命运决定的原发性结直肠癌肝转移风险预测模型

《Journal of Translational Medicine》：An epithelial cell fate-driven predictive model for liver metastasis risk in primary colorectal cancer through single-cell and multi-omics integration

　　

摘要

背景

结直肠癌（CRC）是全球第三大常见癌症类型，而结直肠癌肝转移（CRLM）是导致CRC相关死亡的主要原因。然而，由于缺乏基于CRLM中不同细胞类型分化状态的分子亚群，精准医疗的发展受到了显著阻碍。

方法

我们整合了配对CRLM组织的单细胞RNA测序（scRNA-seq，GSE178318）数据，以确定上皮细胞命运基因特征。为了评估其内在的“恶性种子”潜力，我们将这一特征应用于大规模的原发性参考队列（TCGA-COAD/READ，N = 433），通过共识聚类建立了CRLM的恶性发展特征（MDSCRLM）。我们进行了全面的多组学分析，包括体细胞突变、拷贝数变异、肿瘤突变负担（TMB）和ATAC-seq染色质可及性（N = 81），并结合免疫微环境分析和蛋白质组学数据整合。通过45名患者的独立临床队列中的免疫组化实验，对外部验证了MDSCRLM模型的临床相关性。此外，还通过体外实验和体内转移模型验证了核心标记物HSPA1A的生物学功能。

结果

MDSCRLM模型区分了三种不同的转移风险轨迹：集群1——侵袭性增强型转移CRLM（AMECRLM）、集群2——细胞周期活跃型CRLM（CCACRLM）和集群3——生长抑制型CRLM（GICRLM）。在原发性参考队列中的生存分析验证了该模型的生物学合理性和预后预测能力，结果显示GICRLM与最良好的预后相关，而AMECRLM的预后最差。我们的发现揭示了CRLM在不同发育阶段存在的细胞异质性、基因组不稳定（TP53突变）和基因表达的差异。临床队列中的预后验证以及功能验证表明，HSPA1A的敲除能够显著抑制肿瘤侵袭和转移，进一步证明了MDSCRLM风险分层的可靠性。

结论

我们建立了一种新型的、具有临床相关性的CRLM风险分层模型，该模型在诊断和预后方面具有很强的潜力。通过识别原发肿瘤中已存在的恶性特征和阶段特异性的治疗脆弱性，该模型架起了生物学发现与晚期结直肠癌精准医疗之间的桥梁。