時空多組學(xué)揭示NAD依賴的免疫抑制微環(huán)境驅(qū)動早期胃癌發(fā)生

期刊：Signal Transduction and Targeted Therapy
影響因子：52.7
通訊單位：復(fù)旦大學(xué)附屬中山醫(yī)院
通訊作者：周平紅教授、李全林教授、左春滿教授
伯豪生物產(chǎn)品：單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測序、空間轉(zhuǎn)錄組測序、伯優(yōu)®單細(xì)胞測序組織保存液

導(dǎo)語
2025年09月22日復(fù)旦大學(xué)附屬中山醫(yī)院內(nèi)鏡中心周平紅/李全林教授團(tuán)隊聯(lián)合中山大學(xué)左春滿教授團(tuán)隊，在《Signal Transduction and Targeted Therapy》在線發(fā)表題Spatiotemporal multi-omics analysis uncovers NAD-dependent immunouppressive niche triggering early gastric cancer的研究論文,該研究利用AI模型整合了來自九個 EGC 內(nèi)窺鏡粘膜下剝離 （ESD） 樣本的空間多模態(tài)數(shù)據(jù)（涵蓋從正常到癌癥的連續(xù)階段），構(gòu)建疾病進(jìn)展的時空概況，并確定了以早期癌癥發(fā)展過程中免疫抑制微環(huán)境為特征的關(guān)鍵臨界點,提供了 EGC 發(fā)展的精確時空描述，并確定了新的診斷標(biāo)志物和早期干預(yù)的治療靶點。

研究背景
胃癌是全球第五大常見惡性腫瘤和第三大癌癥死亡原因，其中腸型胃癌占80%，遵循"正常→慢性胃炎→萎縮性胃炎→腸化生→異型增生→癌"的Correa級聯(lián)模型。腸化生(IM)是關(guān)鍵的癌前狀態(tài)，年癌變風(fēng)險達(dá)0.25%。

科學(xué)問題
現(xiàn)有研究多關(guān)注晚期胃癌或孤立癌前階段，且多基于不同患者、不同階段的組織樣本“拼湊”癌變過程，難以真實反映同一微環(huán)境內(nèi)連續(xù)、動態(tài)的演變機(jī)制。缺乏對‌早期胃癌(EGC)起始階段‌的時空動態(tài)解析，特別是從腸化生向惡性轉(zhuǎn)化的分子機(jī)制和微環(huán)境特征。

主要技術(shù)
單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測序、空間轉(zhuǎn)錄組測序、伯優(yōu)®單細(xì)胞測序組織保存液
（技術(shù)服務(wù)及科技產(chǎn)品由伯豪生物提供）

核心發(fā)現(xiàn)
1. 早期胃癌的時空圖譜構(gòu)建
細(xì)胞類型解析：通過 scRNA-seq 對 4 例患者的 16,839 個細(xì)胞聚類，識別出 12 種主要細(xì)胞類型（上皮細(xì)胞、B 細(xì)胞、CD4+T 細(xì)胞、NK 細(xì)胞、髓系細(xì)胞、成纖維細(xì)胞等），并通過免疫熒光驗證其在胃癌進(jìn)展中的異質(zhì)性浸潤 [Fig.1b-d]。

空間域劃分：對 8 例患者的 20,063 個 ST 斑點（每個斑點直徑 55μm，含 8-20 個細(xì)胞）分析，結(jié)合 AI 模型 stMVC 劃分出 6 個與疾病進(jìn)展相關(guān)的空間域：正常（Normal）、GMC_P（胃底腺黏液細(xì)胞前體）、IM（腸化生）、PMC_P（陷窩黏液細(xì)胞前體，癌前轉(zhuǎn)折點）、Pro_T（腫瘤進(jìn)展相關(guān)域）、腫瘤[Fig.1d-f]。

細(xì)胞類型空間分布：GraphST 分析顯示，所有主要細(xì)胞類型在腫瘤、相鄰 IM 和正常區(qū)域均存在，但浸潤程度差異顯著（如成纖維細(xì)胞、巨噬細(xì)胞在 PMC_P 和腫瘤區(qū)域富集），提示不同細(xì)胞類型在胃癌進(jìn)展中的階段特異性作用 [Fig.1g-h]。
 

圖1 早期胃病變的時空異質(zhì)性，包括正常、腸化生 （IM） 和腫瘤 （T） 區(qū)域

2. 上皮細(xì)胞亞型的異質(zhì)性與癌變軌跡
對所有10,474個上皮細(xì)胞進(jìn)行亞聚類分析后，確定了九種不同的亞型，其中大多數(shù)以已知標(biāo)記為特征[圖2a，b和補充圖2a]。這些亞型包括竇基底腺粘液細(xì)胞（GMC，表達(dá)MUC6，PGC和LIPF），凹陷粘液細(xì)胞（PMC_1，以GKN1和TFF1為標(biāo)志），腸內(nèi)分泌細(xì)胞（CHGA，GAST和SST），腸細(xì)胞（FABP1 / 2和APOA1），杯狀細(xì)胞（ILTN1，TFF3和SPINK4），增殖細(xì)胞（PC，表達(dá)PRR11和MKI67），每種亞型都與特定的功能途徑相關(guān)。

GMCs 與腸道免疫網(wǎng)絡(luò)相關(guān)，以產(chǎn)生 IgA，而 PMC_1 細(xì)胞參與 TGF-β 信號傳導(dǎo)和類固醇代謝。腸內(nèi)分泌細(xì)胞參與花生四烯酸代謝和GPCR配體結(jié)合。腸細(xì)胞與PI3K-AKT信號通路和杯狀細(xì)胞受PTEN信號調(diào)控相關(guān)。癌變軌跡：通過偽時間分析（DPT）和 RNA 速度驗證，明確三條上皮細(xì)胞癌變路徑：PMC_1→PMC_2→癌細(xì)胞、PC（增殖細(xì)胞）→癌細(xì)胞、MSC→癌細(xì)胞 [Fig.2g]；基因組不穩(wěn)定性：PMC_2 的 CNV 水平顯著高于 PMC_1，且 IM 區(qū)域的上皮亞型組成與癌區(qū)域更相似（vs 正常區(qū)域），提示 IM 向癌的過渡特性 [Fig.2d-f]；功能富集：PMC_2 高富集細(xì)胞遷移、EMT、NFκB-TNFα、ERBB、IL2-STAT5 等致癌通路，直接關(guān)聯(lián)早期癌變 [Fig.2h]。
 

圖2上皮細(xì)胞亞型的異質(zhì)性

3. PMC_P，EGC啟動期間的臨界點狀態(tài)
PMC_P 是 “空間上靠近腫瘤、與 IM 不同但進(jìn)化相關(guān)” 的癌前關(guān)鍵區(qū)域，其核心特征為：一，致癌基因高表達(dá)：高表達(dá) COL3A1、SLC5A5、AKR1B10 等已報道的胃癌相關(guān)基因 [31-35]，且 7 個 “致癌起始基因”（如 RNASE1、LGR4）的平均表達(dá)與胃癌患者更短的總生存期顯著相關(guān)（TCGA 驗證，log-rank p=0.023）[Fig.3a,d]；二，免疫抑制微環(huán)境：PMC_P 區(qū)域高表達(dá)免疫檢查點分子（PDCD1、CD274/PD-L1）、免疫抑制酶（IDO1）、髓系細(xì)胞標(biāo)志物（CD33），且免疫評分（ESTIMATE）顯著高于正常和腫瘤區(qū)域，PD-L1 表達(dá)在臨床早期胃癌樣本中也被驗證 [Fig.4e-h]；三，致癌通路激活：富集凋亡、EMT、JAK-STAT、MAPK 等關(guān)鍵致癌通路，為惡性轉(zhuǎn)化提供分子基礎(chǔ) [Fig.3e]。
 

圖3 識別驅(qū)動 EGC 啟動的關(guān)鍵上皮細(xì)胞狀態(tài)

4. PMC_P 區(qū)域的細(xì)胞間通訊機(jī)制
為了研究潛在的細(xì)胞間通訊機(jī)制，其中涉及調(diào)節(jié)與 EGC 啟動相關(guān)的不同細(xì)胞類型之間相互作用的各種信號通路，我們分析了 PMC_P 和其他五個上皮細(xì)胞群之間的遺傳差異。使用基尼指數(shù)程序，鑒定了幾種分泌蛋白候選蛋白，包括 AREG、IL1B、NAMPT、KLK7 和 IGFBP3，與其他組相比，它們在 PMC_P 中特別升高（基尼指數(shù) > 0.25，圖 4a）。發(fā)現(xiàn)分子來源與作用：AREG 主要由 PMC_P 區(qū)域的巨噬細(xì)胞（尤其是 VEGFA+M1 型） 分泌，與 PMC_2 細(xì)胞表面的 EGFR/ERBB2 結(jié)合；

功能：激活 PMC_2 的 ERBB 通路，促進(jìn)其干性維持與增殖，同時增強免疫抑制（如 PD-L1 上調(diào)）[Fig.4e,4e]；后續(xù)用mIHC 驗證顯示 PMC_P 區(qū)域 AREG + 巨噬細(xì)胞與 EGFR+ERBB2+PMC_2 共定位，且 AREG 處理癌前細(xì)胞系 / 類器官后，細(xì)胞活力顯著升高（200ng/ml AREG 效果最顯著）[Fig.5b,k]。
 

圖4 細(xì)胞通訊及驗證

5. 體內(nèi)外驗證：AREG/NAMPT 為干預(yù)靶點
體外驗證：AREG 處理癌前類器官：5 天后類器官活力顯著升高，直徑 > 100μm 的類器官比例增加，E - 鈣粘蛋白（EMT 標(biāo)志物）表達(dá)降低 [Fig.7j-l]；NAMPT 處理癌前細(xì)胞：顯著上調(diào) “致癌起始基因”（如 COL3A1、LGR4）和 PD-L1 表達(dá)，且激活成纖維細(xì)胞 [Fig.5h,i]。

體內(nèi)驗證（CEA-SV40 小鼠模型）：干預(yù)方案：抗 AREG（20μg / 只，每周 2 次）、NAMPT 抑制劑 FK866（30mg/kg，每日 2 次，連續(xù) 4 天）、聯(lián)合用藥，持續(xù) 2 周；結(jié)果：未處理組胃癌發(fā)生率 100%，抗 AREG 組 66.7%，F(xiàn)K866 組 50%，聯(lián)合組 50%；處理組顯著抑制 JAK-STAT（p-STAT1）、MAPK（p-p38）、NF-κB（p-p65）通路激活，降低 PD-L1 表達(dá)，且 PMC_2（ITGA2+）和成纖維細(xì)胞（VIM+）浸潤減少 [Fig.5b-g]。
 

圖5 體內(nèi)體外驗證實驗

討論
研究的核心意義
1.填補了樣本與動態(tài)研究空白：首次利用 ESD 樣本的 “空間連續(xù)性”，在同一患者內(nèi)構(gòu)建 “正常→IM→早期胃癌” 的統(tǒng)一時空圖譜，避免跨患者異質(zhì)性干擾，明確 PMC_P 為癌前關(guān)鍵轉(zhuǎn)折點；
2.揭示 了PMC_2 的驅(qū)動作用：首次鑒定出具有炎癥和干性特征的 PMC_2 細(xì)胞，其通過兩條通訊軸（AREG-EGFR/ERBB2、NAMPT-ITGA5/ITGB1）協(xié)調(diào)巨噬細(xì)胞、成纖維細(xì)胞，構(gòu)建免疫抑制微環(huán)境并驅(qū)動癌變；
3.轉(zhuǎn)化價值：驗證 AREG/NAMPT 為可干預(yù)靶點（FK866 已進(jìn)入晚期惡性腫瘤 II 期臨床試驗 ），為高風(fēng)險腸化生人群的化學(xué)預(yù)防提供依據(jù)。

研究局限與未來方向
1.局限：目前為 2D 轉(zhuǎn)錄組圖譜，未解析 3D 基因組結(jié)構(gòu)；缺乏蛋白翻譯后修飾、代謝物梯度的空間解析；
2.未來方向：整合 3D 基因組分析揭示表觀遺傳驅(qū)動因素；結(jié)合空間多組學(xué) / 代謝組學(xué)解析 “IM→PMC_P→癌” 的代謝動態(tài)；利用 SCENIC + 解析基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，完善 GMC_P（已知通路）與 PMC_P（新發(fā)現(xiàn)通路）的整合癌變圖譜。

參考文獻(xiàn)：
Gao, P., Zuo, C., Yuan, W. et al. Spatiotemporal multi-omics analysis uncovers NAD-dependent immunosuppressive niche triggering early gastric cancer. Sig Transduct Target Ther 10, 313 (2025). https://doi.org/10.1038/s41392-025-02390-w