文献解读 | 单细胞测序揭示结直肠癌肝转移的分子机制

结直肠癌是我国常见的恶性肿瘤，其发病率居恶性肿瘤发病率第4位。肝脏是结直肠癌血行转移最主要的转移靶器官，约50%的结直肠癌患者伴有肝转移，肝转移是导致病人死亡的主要原因。肿瘤周细胞（tumor pericytes，TPC）是嵌入血管腔外的重要血管成分，然而当前对于肿瘤周细胞在血行转移中的作用仍不清楚。

2022年9月7日，暨南大学的研究团队在 Gut 上发表题为 Novel TCF21highpericyte subpopulation promotes colorectal cancer metastasis by remodelling perivascular matrix 的文章，通过单细胞转录组技术鉴定了13个TPC亚群，并发现一种新的TCF21high的TPC亚群，将其命名为“基质-周细胞”。该群细胞与结直肠癌(colorectal cancer，CRC)患者的肝转移相关，TPCs中的TCF21通过诱导胶原蛋白改变其局部排列，增加血管周围细胞外基质（extracellular matrix，ECM）硬度，建立了血管周围转移性微环境以引发结直肠癌肝转移。机制上，该研究发现ITGA5可通过FAK/PI3K/AKT途径调节甲基化相关蛋白DNMT1的表达，整合素α5缺失会通过减弱TCF21的DNA高甲基化来增加TPC中TCF21的表达。

01 鉴定出与CRC转移相关的TPC亚群

为了剖析TPC的异质性并评估其在CRC转移的作用，研究人员从伴或不伴肝转移的CRC患者的原发肿瘤组织中分离TPC做了scRNA-seq，共分为13个clusters。其中cluster2在肝转移和无肝转移样本中占比差异最大，该cluster与肝转移有关。CRC肝转移患者样本中上调的基因和ECM相关，将MATN2作为该群marker基因，将该细胞群命名为“基质-周细胞”。生存分析发现MATN2+TPC占比高（>30%）的患者的总生存期和无病生存期较短。相关性分析发现MATN2+TPC比值与CRC患者的TNM（Tumor Node Metastasis）分期和肝转移呈正相关。综上所述，基质-周细胞与结直肠癌转移密切相关。

02 TPC中的TCF21与肿瘤转移相关

研究人员进一步SCENIC分析发现TCF21的调节子活性在基质-周细胞中最高，与无肝转移的CRC患者相比，有肝转移的CRC患者样本中TCF21highTPC的数量显著增加。相关性分析结果表明TCF21+TPC与MATN2+基质-周细胞的比例呈正相关。生存分析发现TCF21+TPC占比高的患者的总生存期和无病生存期较短。对小鼠周细胞进行TCF21的条件性敲除，试验结果表明敲除Tcf21抑制了结肠癌的肝转移。以上结果均表明，TCF21可通过调控TPC来影响肿瘤转移。

03 TCF21highTPC与CRC患者血管周围ECM重塑及肝转移相关

ECM重塑对于肿瘤转移至关重要，研究人员认为TCF21可能在血管周围ECM重塑和CRC转移中发挥作用。于是，研究人员从无转移的CRC患者中分离并体外培养TPC，再进行TCF21的过表达，通过原子力显微镜（AFM）进一步分析，发现TCF21过表达诱导胶原蛋白改变局部排列，增加了血管周围ECM硬度。为了进一步评估TCF21介导的血管周围ECM重塑对CRC细胞迁移的影响，Transwell侵袭实验结果表明TCF21过表达的TPC可促进CRC细胞的迁移。总的来说，这些结果表明基质-周细胞中的TCF21诱导血管周围ECM重塑，并促进CRC细胞通过血管周围基质。

04 整合素α5缺失会减弱TCF21的DNA甲基化并增加TPC中TCF21的表达

为了进一步探究TCF21的调控作用，研究人员关注了在ECM调节中起到重要作用的受体蛋白家族—整合素蛋白。从基因表达热图看整合素α5（ITGA5）的表达与TPC中TCF21的表达呈负相关，蛋白质印迹试验结果与之一致。已有研究表明DNMT1在肺癌中调节TCF21的DNA高甲基化，该研究发现ITGA5可通过FAK/PI3K/AKT途径调节甲基化相关蛋白DNMT1的表达，整合素α5缺失会通过减弱TCF21的DNA高甲基化来增加TPC中TCF21的表达。进一步地，通过敲低或过表达整合素α5构建原位异种移植模型，该研究发现TPC中整合素α5的缺失会促进CRC转移。

结论和意义

总的来说，该研究通过单细胞转录组测序技术揭示了CRC患者TPC的异质性，并鉴定了与结直肠癌肝转移相关的TCF21highTPC新亚群。该研究揭示了TCF21highTPC通过重塑血管周围ECM促进CRC转移的作用和机制，并为血行转移提供了潜在的诊断标志物和治疗靶点。

参考文献：

Li X, Pan J, Liu T, Yin W, Miao Q, Zhao Z, Gao Y, Zheng W, Li H, Deng R, Huang D, Qiu S, Zhang Y, Qi Q, Deng L, Huang M, Tang PM, Cao Y, Chen M, Ye W, Zhang D. Novel TCF21high pericyte subpopulation promotes colorectal cancer metastasis by remodelling perivascular matrix. Gut. 2023 Apr;72(4):710-721. doi: 10.1136/gutjnl-2022-327913. Epub 2022 Sep 7. PMID: 36805487; PMCID: PMC10086488.