《细胞发现》：北大汤富酬/付卫团队发现小肠癌的四种恶性亚型！

小肠癌是一种源于十二指肠、空肠和回肠的罕见恶性肿瘤，占所有胃肠道肿瘤发病率的2%[1]。

相比于胃癌、结直肠癌等常见的胃肠道恶性肿瘤，小肠癌发生率较低，但恶性程度极高，且由于针对小肠癌的研究较少，目前尚无针对小肠癌的特异性治疗药物，其治疗策略仍参考于结直肠癌的化疗方案[2]。

有研究表明，与胃癌或结直肠癌相比，小肠癌基因组特征相差较大[3]。然而，目前针对小肠癌的转录组相关的研究较少，导致其缺乏特异性的诊断及预后标志物。而已有的基因组研究也大都基于传统的测序技术，仅揭示了肿瘤细胞和微环境中其他细胞的普遍特征，对于小肠肿瘤及肿瘤微环境的异质性研究较少[4]。

近日，由北京大学汤富酬及北京大学第三医院付卫领衔的研究团队，在Cell Discovery发表了一项重要研究成果。

他们通过对12位小肠癌患者样本进行单细胞测序，系统地揭示了4种小肠癌的恶性亚型（细胞周期、线粒体、代谢和上皮间质转化），明确了不同来源小肠癌肿瘤微环境的分子特征，并通过转录组特征预测出了治疗小肠癌的候选药物[5]。

总之，这项研究阐明了小肠癌的转录组特征，并为小肠癌的治疗提供了新的策略。

图1. 文章封面截图

为系统揭示小肠癌的特征，研究人员通过两种不同的单细胞测序方法，分析了来源于12名患者的34个样本（21个原发肿瘤样本、10个正常及3个淋巴结转移样本），并鉴定出了肿瘤组织和正常组织中不同细胞的比例，发现肿瘤组织中成纤维细胞的比例远高于正常组织（图2），证明成纤维细胞在小肠肿瘤的进展中起到重要作用。

图2. 成纤维细胞（紫色）在肿瘤组织中显著富集

肿瘤细胞与微环境中基质成分和免疫成分的相互串扰（以成纤维细胞和免疫细胞为主）决定了肿瘤的恶性行为，为明确这些不同成分在小肠癌恶性进展中的作用，研究人员通过单细胞测序分析了不同细胞的分子特征。

肿瘤细胞

研究人员发现，小肠肿瘤异质性较高，但是一些常见的恶性肿瘤标志物（MUC1、CEACAM5、S100A11、CD24和TM4SF1）在小肠肿瘤中还是显著增高的。此外，相比于原发肿瘤，淋巴结转移的肿瘤组织具有更明显的间充质特征，揭示了转移过程中上皮-间质转化（EMT）途径的重要性。

此外，基于对淋巴结转移性小肠癌患者样本的深度分析，研究人员发现了小肠癌的四种基因表达所驱动的恶性亚型：细胞周期型、线粒体型、代谢型及EMT型（图3）。

图3. 小肠癌中肿瘤细胞的恶性基因亚型

对这四种亚型的相关性进行进一步分析后发现：细胞周期型与肿瘤发生的恶性表型相关，线粒体型与肿瘤发生的中间阶段相关，代谢型和EMT型与肿瘤发生的最终阶段有关，而EMT亚型又与小肠癌的淋巴结转移现象密切相关。

成纤维细胞

成纤维细胞在肿瘤组织中比例显著上调，但成纤维细胞也具有很高的异质性，那成纤维细胞在肿瘤组织中分布的具体情况和分子特征如何呢？

研究人员发现，在所有成纤维细胞亚群中，只有增殖成纤维细胞和肌成纤维细胞在肿瘤组织中显著增加（图4），并发现在肿瘤进展和转移的组织中，成纤维细胞相关的基因显著上调。

图4. 小肠癌中成纤维细胞的特征

此外，肌成纤维细胞与EMT亚型的恶性细胞具有很强的胶原蛋白-整合素相互作用，而这种细胞间通讯很有可能会促进肿瘤的转移。

免疫细胞

肿瘤微环境中免疫细胞占比很大，那小肠癌微环境中免疫细胞的特征如何呢？

研究人员在微环境中鉴定出1个NK细胞群、4个CD4+T细胞群及4个CD8+T细胞群，并发现肿瘤组织中T细胞出现功能衰竭特征，同时免疫检查点（如CTLA4和TIGIT）上调，而且来自肿瘤组织的T细胞比来自正常组织的T细胞具有更强的细胞毒性和更高的功能耗竭相关基因表达。

此外，研究人员还发现肿瘤细胞与CD8+T细胞存在细胞间通讯现象，EMT特征较高的肿瘤细胞会通过细胞间通讯的方式促进CD8+T细胞的衰竭。

那么作为胃肠道肿瘤之一，小肠肿瘤与其他肿瘤在转录组特征上有什么区别和联系呢？

研究人员发现，来源于十二指肠的小肠肿瘤在转录组特征上更接近于胃癌，对应的分泌相关通路显著富集；而来源于空肠的小肠肿瘤的转录组特征更接近于结直肠癌，对应的增殖相关通路显著富集。此外，研究人员还发现小肠肿瘤和结直肠癌都具有明显的EMT特征（图5），或许具备这种特征的患者会对结直肠癌的治疗方案更加敏感。

图5. 小肠癌和结直肠癌中都具有较高的EMT特征

转录组学及基因组测序等手段已成功应用于个体化治疗和药物开发，那根据小肠癌的转录组特征，能否帮助小肠癌打破这种“无药可用”的窘境呢？

研究人员通过差异基因分析和免疫组化验证发现，MUC1在不同类型的小肠癌患者中都显著高表达，且与EMT通路、增殖相关基因都具有密切相关性。此外，研究人员利用岭回归的方式对小肠癌特异性药物进行了预测，鉴定出14种可能有效的药物（图6），并进行了体外细胞实验验证，发现tozasertib对小肠癌细胞具有很强的抑制作用。

图6. 通过岭回归方式预测治疗小肠癌的特异性药物

总的来说，这项研究揭示了小肠癌中不同细胞的分子亚型，明确了小肠癌和其他胃肠道癌分子特征的区别和联系，并预测了可用于小肠癌治疗的候选药物，为小肠癌的治疗提供了新的策略。

参考文献

[1] Pedersen KS, Raghav K, Overman MJ. Small Bowel Adenocarcinoma: Etiology, Presentation, and Molecular Alterations. J Natl Compr Canc Netw. 2019 Sep 1;17(9):1135-1141. doi: 10.6004/jnccn.2019.7344.

[2] Locher C, Batumona B, Afchain P, et al. Small bowel adenocarcinoma: French intergroup clinical practice guidelines for diagnosis, treatments and follow-up (SNFGE, FFCD, GERCOR, UNICANCER, SFCD, SFED, SFRO). Dig Liver Dis. 2018 Jan;50(1):15-19. doi: 10.1016/j.dld.2017.09.123. 

[3] Haan JC, Buffart TE, Eijk PP, et al. Small bowel adenocarcinoma copy number profiles are more closely related to colorectal than to gastric cancers. Ann Oncol. 2012 Feb;23(2):367-74. doi: 10.1093/annonc/mdr122.

[4] Hänninen UA, Katainen R, Tanskanen T, et al. Exome-wide somatic mutation characterization of small bowel adenocarcinoma. PLoS Genet. 2018 Mar 9;14(3):e1007200. doi: 10.1371/journal.pgen.1007200.

[5] Yang J, Zhou X, Dong J, et al. Single-cell profiling reveals molecular basis of malignant phenotypes and tumor microenvironments in small bowel adenocarcinomas. Cell Discov. 2022 Sep 14;8(1):92. doi: 10.1038/s41421-022-00434-x.