Nat Commun︱樊嘉/张晓明/席瑞斌/高强团队揭示大、小胆管不同亚型肝内胆管癌肿瘤微环境特征
撰文︱宋国贺
责编︱王思珍
肝内胆管癌（intrahepatic cholangiocarcinoma，iCCA）占原发性肝癌的10%～15%，是仅次于肝细胞癌（hepatocellular carcinoma，HCC）的第二大常见肝脏原发恶性肿瘤，其发病率在全球范围内逐年上升[1]。iCCA恶性程度高，预后极差，患者术后5年生存率仅25%～40%，远差于HCC[2]。由于iCCA具有非常强的肿瘤间及肿瘤内异质性，这加剧了其对放化疗、靶向治疗或免疫治疗的耐受，也使得不同患者间的治疗响应差异较大[3, 4]。因此，深入认识并阐明iCCA的肿瘤异质性并对其进行更精确的分子分型是提高患者治疗反应率的重要手段。
当前，世界卫生组织已经发现iCCA内存在两个主要亚型：即起源于靠近肝门部胆管上皮细胞的大胆管型和起源于外周胆管上皮细胞的小胆管型[5]。进一步的研究证实这两种iCCA亚型无论在驱动基因突变、组织学形态以及患者临床预后等方面均存在巨大差异，提示从肿瘤起源上进行iCCA的分子分型对于肿瘤的个体化治疗具有重要意义[6]。然而，由于缺乏公认的肿瘤学标志物以及很大部分iCCA（约32.4%）的组织学形态不典型，影响并阻碍了人们对iCCA起源上分型的认识[7]。
2022年3月28日，复旦大学附属中山医院樊嘉院士/高强教授、北京大学数学科学学院席瑞斌研究员、中国科学院上海巴斯德所张晓明研究员课题组合作在Nature Communications上发表了题为“Single-cell transcriptomic analysis suggests two molecularly subtypes of intrahepatic cholangiocarcinoma”的研究。该研究基于单细胞转录组测序找到并鉴定出大、小胆管iCCA的特异性肿瘤标志物，并揭示了两种不同iCCA亚型在临床预后、肿瘤微环境特征、细胞起源等方面的差异，对深入认识iCCA肿瘤异质性及其个体化精准治疗提供理论依据。
大胆管型iCCA主要由靠近肝门部的柱状黏液胆管细胞组成。既往研究发现该型iCCA往往发生于原发性硬化性胆管炎、肝吸虫感染或肝内胆管结石背景下。相比小胆管型iCCA，该亚型具有更高频率的KRAS、TP53基因突变，患者淋巴结转移率更高，预后更差[8, 9]。前期学者基于基因测序及组织染色研究，发现钙结合蛋白质S100P在该亚型特异性高表达，是潜在的特异性肿瘤标志物[10]。S100P属于S100家族，在胰腺癌、结直肠癌、前列腺癌以及肺癌等多种恶性肿瘤中高表达，与肿瘤的发生、侵袭转移等密切相关。相对于大胆管型，小胆管型iCCA至今仍未鉴定出有效的肿瘤标志物。有研究发现N-cadherin、NCAM在小胆管型iCCA中表达水平升高，然而由于其阳性表达率低，区分大、小胆管的效力显著低于S100P，因此难以成为小胆管型iCCA的首选肿瘤标志物[11]。
为了从肿瘤细胞起源角度探索大、小胆管不同亚型iCCA的肿瘤异质性及肿瘤微环境特征，研究团队开展了14例iCCA的单细胞转录组测序研究（图1a）。通过SingleR、拷贝数变异、上皮细胞评分等对细胞类型进行了注释，获得了包括肿瘤细胞及非肿瘤细胞在内的共计144,878个细胞（图1b）。
图1 单细胞转录组测序解析iCCA肿瘤微环境组成及特征
（图源：Song GH, et al., Nat Commun, 2022）
通过对数据中的肿瘤细胞进一步分析发现，来源于大胆管型iCCA的肿瘤细胞显著高表达S100P（图2a），而小胆管型iCCA肿瘤细胞特异性高表达SPP1，两者呈现显著互斥（图2b, c）。进一步在大样本队列以及蛋白表达水平上的验证，结果显示S100P和SPP1是有效区分大、小胆管型iCCA的肿瘤标志物（图2d），生存预后结果显示，S100P+SPP1-大胆管型iCCA患者的临床预后显著差于S100P-SPP1+小胆管型（图2e）。
图2 S100P和SPP1是大、小胆管型iCCA特异性肿瘤标志物
（图源：Song GH, et al., Nat Commun, 2022）
大胆管型iCCA肿瘤细胞转录本异质性显著高于小胆管型iCCA，并且两类肿瘤细胞表现出不同的信号通路激活及功能特征。单细胞基因调控网络分析（SCENIC）结果显示大胆管型iCCA细胞中更显著富集转录因子CREB3L1及其下游靶基因，并且能够调控S100P基因表达（图3a, b），进一步的双荧光素酶报告实验及细胞功能学证实CREB3L1能够调控S100P基因转录并促进iCCA肿瘤细胞迁移（图3c-e）。
图3 大胆管型和小胆管型iCCA肿瘤细胞转录调控差异
（图源：Song GH, et al., Nat Commun, 2022）
对两类iCCA肿瘤免疫微环境分析及探索，发现大胆管型iCCA富集更多的CCL18+ 巨噬细胞、更少的CD3+ T细胞、CD4+ T细胞以及CD56+ NK细胞，而小胆管型iCCA富集更多的SPP1+ 巨噬细胞，提示大胆管型iCCA具有更弱的抗肿瘤免疫反应（图4）。
图4 大胆管型和小胆管型iCCA中不同巨噬细胞亚群分布差异
（图源：Song GH, et al., Nat Commun, 2022）
此外，该研究还发现小胆管型iCCA中还特异性存在ALB+ 肝细胞分化样肿瘤细胞，该类肿瘤细胞高表达肝细胞相关标志物；而ALB- 肿瘤细胞则高表达干细胞相关标志物，如ID3、ID4、MDK、LGR5等，提示小胆管型iCCA中存在不同分化阶段的肿瘤细胞（图5）。
图5小胆管型iCCA中存在不同分化阶段的肿瘤细胞
（图源：Song GH, et al., Nat Commun, 2022）
原文链接： https://www.nature.com/articles/s41467-022-29164-0
复旦大学附属中山医院樊嘉院士及高强教授、北京大学数学科学学院席瑞斌研究员、中国科学院上海巴斯德所张晓明研究员为该文共同通讯作者。复旦大学附属中山医院宋国贺博士、北京大学数学科学学院石阳博士、中国科学院上海巴斯德所孟璐副研究员及马家强博士为该文共同第一作者。该研究得到了国家自然科学基金委、上海市科委以及中国科学院前沿科学重点研究项目等基金的资助。
通讯作者：高强（左）、席瑞斌（中）、张晓明（右）
（照片提供自：高强/席瑞斌/张晓明团队）
通讯作者简介：
高强，教授，教育部“长江学者奖励计划”特聘教授、国家“万人计划”、国家优秀青年科学基金、全国青年岗位能手、上海市优秀学科带头人和上海市优秀学术带头人。曾获教育部青年科学奖、国家科技进步二等奖、上海市科技进步一等奖、华夏医学科技一等奖、教育部自然科学一等奖、树兰医学青年奖、药明康德生命化学研究奖、上海市“曙光计划”、上海市青年科技英才、“人民好医生-金山茶花奖”、“敬畏生命-医者荣耀”、“沪上名医”等荣誉和奖励。主要从事肝胆外科和肝脏移植工作，研究方向为“肿瘤的异质性和个体化治疗”。以第一或通讯（含共同）作者发表SCI 论著50余篇，包括Cell、Cancer Cell、Cancer Discovery、J Clin Oncol、Cell Res、J Hepatol、Gut、Gastroenterology、Hepatology、Nat Commun、Mol Cancer、Clin Cancer Res、Cancer Res、J Immunother Cancer等杂志。主持科研项目20多项，包括国自然重大研究计划、国自然国际合作重点项目、上海市科委重点项目等。
席瑞斌，北京大学数学科学学院、统计科学中心研究员。席瑞斌研究员的主要研究方向是癌基因组及高通量测序数据计算分析、基因组大数据的统计分析、贝叶斯统计及高维统计。近年来有40多篇篇文章发表于高水平的学术期刊，包括Nature、Nature Genetics、Nature Communications、Cell、PNAS、Genome Research、Nucleic Acid Research、Bioinformatics、Biometrika、IEEE Transactions on Knowledge and Data Engineering、Bayesian Analysis、BMC Bioinformatics等。先后主持或参与过科技部973项目、国家重点研发项目、基金委重点项目及基金委面上项目等多个科研基金项目。
张晓明，研究员担任中科院上海巴斯德研究所所长助理，“天然防御和免疫调控研究组”课题组长。此外还担任中科院分子病毒与免疫学重点实验室副主任，中国免疫学会青工委副主委，上海巴斯德所-广州妇儿联合中心主任等职务。主持国家自然科学基金国际重点合作项目/面上项目、973计划子课题、中科院先导项目、中科院前沿科学重点项目、中科院对外合作重点项目、中科院创新交叉团队项目、上海市科委基础重点项目等多项科研项目。
【1】Nat Commun︱钱海丰课题组建立抗生素耐药基因风险评估新框架
【2】Autophagy︱张惠敏课题组揭示表皮结构损伤对自噬的双向调控机制
【3】Nat Commun︱傅湘辉团队发现RG4有望成为新冠防治新靶点
【4】Nat Commun︱谢辉团队报道骨基质胞外囊泡介导衰老机体骨与血管“钙化矛盾”
【5】Cell Systems︱徐书华团队完成土家族单亲源基因序列从头组装并论证族群特异性参考基因组构建的必要性和应用价值
【6】Nat Commun︱一种具有生物质转化潜力的α/β水解酶——葡萄糖醛酸酯酶的作用机理及与生物量的关系
【7】Nat Metab︱杨巍维/姚烽/赵允团队合作发现肿瘤免疫逃逸的新机制
【8】Cell Death Differ︱尹海芳团队揭示杜兴肌肉萎缩症新作用机制：转录因子Wt1激活心外膜细胞分化促进心肌纤维化
【9】PNAS︱全基因组关联分析揭示基因与领导职位和健康之间的关系
【10】Nat Commun︱朱涛团队报道乳腺癌肿瘤干细胞调控铁死亡及转移的克隆化增殖新机制
【11】Nat Commun︱首次！朱健康课题组创造无DNA甲基化的植物
【12】BMC Biology︱徐伟/刘爱忠揭示DNA甲基化谷在种子特异基因表达方面的作用机理
【13】Nat Commun︱周小明/孙子宜团队根据Sigma-1受体开放式构象揭示其配体进入途径的分子机制
【14】Cell Death Differ︱龙建纲/刘健康/张令强合作报道前列腺特异性癌基因OTUD6A促进前列腺癌发生机制
参考文献（上下滑动查看）
1.Valle JW, Kelley RK, Nervi B, Oh DY, Zhu AX. Biliary tract cancer. Lancet 2021, 397(10272): 428-444.
2.Mazzaferro V, Gorgen A, Roayaie S, Droz Dit Busset M, Sapisochin G. Liver resection and transplantation for intrahepatic cholangiocarcinoma. J Hepatol 2020, 72(2): 364-377.
3.Ma L, Wang L, Khatib SA, Chang CW, Heinrich S, Dominguez DA, et al. Single-cell atlas of tumor cell evolution in response to therapy in hepatocellular carcinoma and intrahepatic cholangiocarcinoma. J Hepatol 2021, 75(6): 1397-1408.
4.Dong LQ, Shi Y, Ma LJ, Yang LX, Wang XY, Zhang S, et al. Spatial and temporal clonal evolution of intrahepatic cholangiocarcinoma. J Hepatol 2018, 69(1): 89-98.
5.Nagtegaal ID, Odze RD, Klimstra D, Paradis V, Rugge M, Schirmacher P, et al. The 2019 WHO classification of tumours of the digestive system. Histopathology 2020, 76(2): 182-188.
6.Kendall T, Verheij J, Gaudio E, Evert M, Guido M, Goeppert B, et al. Anatomical, histomorphological and molecular classification of cholangiocarcinoma. Liver Int 2019, 39 Suppl 1: 7-18.
7.Hayashi A, Misumi K, Shibahara J, Arita J, Sakamoto Y, Hasegawa K, et al. Distinct Clinicopathologic and Genetic Features of 2 Histologic Subtypes of Intrahepatic Cholangiocarcinoma. Am J Surg Pathol 2016, 40(8): 1021-1030.
8.Banales JM, Marin JJG, Lamarca A, Rodrigues PM, Khan SA, Roberts LR, et al. Cholangiocarcinoma 2020: the next horizon in mechanisms and management. Nat Rev Gastroenterol Hepatol 2020, 17(9): 557-588.
9.Komuta M, Govaere O, Vandecaveye V, Akiba J, Van Steenbergen W, Verslype C, et al. Histological diversity in cholangiocellular carcinoma reflects the different cholangiocyte phenotypes. Hepatology 2012, 55(6): 1876-1888.
10.Rhee H, Ko JE, Chung T, Jee BA, Kwon SM, Nahm JH, et al. Transcriptomic and histopathological analysis of cholangiolocellular differentiation trait in intrahepatic cholangiocarcinoma. Liver Int 2018, 38(1): 113-124.
11.Hayashi A, Misumi K, Shibahara J, Arita J, Sakamoto Y, Hasegawa K, et al. Distinct Clinicopathologic and Genetic Features of 2 Histologic Subtypes of Intrahepatic Cholangiocarcinoma. Am J Surg Pathol 2016, 40(8): 1021-1030.
制版︱王思珍
本文完