單細(xì)胞測(cè)序揭示幽門(mén)螺桿菌感染重塑胃黏膜細(xì)胞組成與細(xì)胞間通訊。

胃癌是全球第五大常見(jiàn)惡性腫瘤和第三大癌癥相關(guān)死亡原因，尤其在東亞地區(qū)高發(fā)[ 1]。多數(shù)患者確診時(shí)已屬晚期，預(yù)后較差。幽門(mén)螺桿菌（H.pylori）感染被世界衛(wèi)生組織列為I類致癌物，是胃癌發(fā)生的主要風(fēng)險(xiǎn)因素[ 2]。胃癌多遵循Correa級(jí)聯(lián)反應(yīng)發(fā)展，即從慢性非萎縮性胃炎（GS）、腸上皮化生（IM）逐步進(jìn)展為腸型胃癌（GC）[ 3]。盡管根除H.pylori可降低胃癌風(fēng)險(xiǎn)，但其在癌前病變階段的作用機(jī)制尚不明確。

胃癌是一個(gè)由上皮細(xì)胞、基質(zhì)細(xì)胞和免疫細(xì)胞共同構(gòu)成的復(fù)雜生態(tài)系統(tǒng)。單細(xì)胞RNA測(cè)序（scRNA-seq）技術(shù)為解析這一系統(tǒng)提供了有力工具[ 4]。既往研究雖已初步揭示胃癌微環(huán)境中部分細(xì)胞類型的轉(zhuǎn)錄特征，但對(duì)H.pylori感染背景下各細(xì)胞亞型在癌變過(guò)程中的動(dòng)態(tài)變化及細(xì)胞間通訊網(wǎng)絡(luò)仍缺乏系統(tǒng)性認(rèn)知。

近期一項(xiàng)研究通過(guò)對(duì)18例不同病理階段（GS、IM、GC）的胃黏膜組織進(jìn)行scRNA-seq分析，共獲得91,394個(gè)高質(zhì)量單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)，系統(tǒng)揭示了H.pylori感染引起的細(xì)胞組成改變、轉(zhuǎn)錄異質(zhì)性及細(xì)胞間相互作用，為深入理解H.pylori驅(qū)動(dòng)的胃癌發(fā)生機(jī)制提供了全新視角。

圖1 研究標(biāo)題

研究方法

患者與樣本

研究納入18例患者，包括6例GS、6例IM和6例GC，每組按H.pylori感染狀態(tài)進(jìn)一步分組。所有樣本經(jīng)病理確認(rèn)，H.pylori感染狀態(tài)通過(guò)13C-尿素呼氣試驗(yàn)、免疫組化（IHC）和免疫熒光（IF）驗(yàn)證。

單細(xì)胞RNA測(cè)序與數(shù)據(jù)分析

組織經(jīng)酶消化制備單細(xì)胞懸液，采用10×Genomics Chromium平臺(tái)進(jìn)行scRNA-seq。經(jīng)質(zhì)控過(guò)濾后，使用Seurat R包進(jìn)行細(xì)胞聚類與注釋，共識(shí)別9大細(xì)胞類型：上皮細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞（EC）、成纖維細(xì)胞、平滑肌細(xì)胞、T細(xì)胞、B細(xì)胞、髓系細(xì)胞、漿細(xì)胞和肥大細(xì)胞。

功能與機(jī)制分析

• 拷貝數(shù)變異（CNV）分析：使用InferCNV評(píng)估上皮細(xì)胞惡性程度。

• 軌跡分析：采用Monocle2/3推斷細(xì)胞分化路徑。

• 轉(zhuǎn)錄調(diào)控網(wǎng)絡(luò)：通過(guò)SCENIC分析識(shí)別關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子及其調(diào)控子（regulon）。

• 細(xì)胞間通訊分析：利用CellChat推斷配體-受體互作網(wǎng)絡(luò)。

• 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證：包括IHC、IF、qRT-PCR，并在INS-GAS轉(zhuǎn)基因小鼠模型中驗(yàn)證H.pylori感染對(duì)腸化生的誘導(dǎo)作用。

公共數(shù)據(jù)驗(yàn)證

結(jié)合TCGA-STAD及GEO（GSE122401、GSE65801、GSE13195）數(shù)據(jù)庫(kù)中的批量RNA-seq數(shù)據(jù)，驗(yàn)證關(guān)鍵基因表達(dá)模式。

研究結(jié)果

細(xì)胞組成動(dòng)態(tài)變化揭示胃癌演進(jìn)特征

scRNA-seq分析顯示，隨著病變進(jìn)展（GS→IM→GC），上皮細(xì)胞比例逐漸下降，而髓系細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞比例顯著上升（圖2D）。H.pylori陽(yáng)性樣本中上皮細(xì)胞比例進(jìn)一步降低，內(nèi)皮與髓系細(xì)胞比例升高（圖2E）。IHC驗(yàn)證顯示，GC組織中CD31（EC標(biāo)記）與CD68（髓系標(biāo)記）表達(dá)上調(diào)，而上皮標(biāo)記TFF1表達(dá)下降（圖2G–H）。

圖2 細(xì)胞組成與比例變化

上皮細(xì)胞亞群揭示癌變關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)

上皮細(xì)胞被進(jìn)一步分為19個(gè)亞群，包括pit黏液細(xì)胞、頸黏液細(xì)胞、主細(xì)胞、壁細(xì)胞、內(nèi)分泌細(xì)胞、腸內(nèi)分泌細(xì)胞、腸上皮細(xì)胞和腫瘤樣上皮細(xì)胞（tumor-like EPC）。腸上皮細(xì)胞（表達(dá)FABP1、KRT20）在IM組織中高度富集（圖3C），而腫瘤樣EPC（表達(dá)CEACAM5、KRT17）在GC組織中顯著增多（圖3E–F）。CNV分析顯示腫瘤樣EPC具有更高的基因組不穩(wěn)定性（圖3D）。軌跡分析表明其起源于pit黏液細(xì)胞（圖3H）。GSEA提示腫瘤樣EPC富集于Notch、PI3K/AKT、Wnt等促癌通路（圖3I）。

圖3 上皮細(xì)胞亞群與腫瘤樣EPC特征

腸上皮細(xì)胞特征與HNF4G調(diào)控作用

腸上皮細(xì)胞在IM階段特異性高表達(dá)脂代謝相關(guān)基因（FABP1、APOC3）和腸道標(biāo)志物（KRT20、ANPEP）（圖4A–C）。SCENIC分析識(shí)別HNF4G為其關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子，其與下游83個(gè)靶基因（如FABP1、APOB）共同構(gòu)成調(diào)控網(wǎng)絡(luò)（圖4D–E）。IHC證實(shí)HNF4G在IM組織中高表達(dá)（圖4F–G）。

圖4 腸上皮細(xì)胞與HNF4G調(diào)控網(wǎng)絡(luò)

H.pylori感染誘導(dǎo)上皮細(xì)胞基因表達(dá)改變

H.pylori陽(yáng)性上皮細(xì)胞中，胃酸分泌相關(guān)基因（PGC、LIPF、GAST）表達(dá)下調(diào)，而腸化生標(biāo)志物（FABP1、KRT20、OLFM4）表達(dá)上調(diào)（圖5C–E）。qRT-PCR驗(yàn)證ANPEP、FABP1等在H.pylori陽(yáng)性IM組織中表達(dá)升高（圖5F–I）。INS-GAS小鼠模型中，H.pylori感染誘導(dǎo)胃黏膜出現(xiàn)IM病變，并伴隨FABP1、KRT20和HNF4G表達(dá)上調(diào)（圖6）。

圖5 基于幽門(mén)螺桿菌感染狀態(tài)的上皮細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組異質(zhì)性

圖6 幽門(mén)螺桿菌感染在INS-GAS小鼠中誘導(dǎo)腸上皮化生并啟動(dòng)腸上皮細(xì)胞特征

內(nèi)皮細(xì)胞與成纖維細(xì)胞在腫瘤微環(huán)境中的作用

內(nèi)皮細(xì)胞被分為7個(gè)亞群，其中腫瘤樣EC（表達(dá)LGALS1、COL4A1）在GC組織中顯著富集，且與PI3K/AKT信號(hào)通路和細(xì)胞黏附功能相關(guān)（圖7A–G）。CellChat分析預(yù)測(cè)EC通過(guò)COL4A1-CD44/SDC4和VEGFA-FLT1/KDR信號(hào)軸與腫瘤樣EPC相互作用（圖7H–J）。

圖7 內(nèi)皮細(xì)胞的異質(zhì)性及其與上皮腫瘤細(xì)胞亞型的互作網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)

成纖維細(xì)胞在GC中呈現(xiàn)癌相關(guān)成纖維細(xì)胞（CAFs）表型，包括抗原呈遞CAFs（apCAFs）、上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化CAFs（EMT_CAFs）和炎癥CAFs（iCAFs）。iCAFs高表達(dá)C3、CXCL1等免疫調(diào)節(jié)因子，在GC組織中比例顯著升高（圖8E–F）。軌跡分析提示iCAFs起源于ECM成纖維細(xì)胞（圖8G）。H.pylori陽(yáng)性樣本中CAFs比例升高，F(xiàn)N1和CXCL8表達(dá)上調(diào)（圖8J–M）。

圖8 幽門(mén)螺桿菌相關(guān)胃癌前與癌變樣本中成纖維細(xì)胞亞群的特征分析

髓系細(xì)胞與T細(xì)胞亞群參與免疫調(diào)控

髓系細(xì)胞包括巨噬細(xì)胞、單核細(xì)胞、cDC1、cDC2、mDC和腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞（TAM）。TAM和單核細(xì)胞在GC組織中顯著富集，且具有M2型免疫抑制表型。H.pylori陽(yáng)性髓系細(xì)胞中CXCL3、TIMP1、CD14和CTSL表達(dá)升高。

T細(xì)胞分析識(shí)別出14個(gè)亞群，包括CD4+Treg細(xì)胞和CD8+細(xì)胞毒性T細(xì)胞。Treg細(xì)胞在GC組織中比例升高，CD8_IL17A亞群在H.pylori陽(yáng)性GS組織中增多。多色I(xiàn)F驗(yàn)證CD8+MKI67+T細(xì)胞在GC組織中存在。

細(xì)胞通訊網(wǎng)絡(luò)揭示H.pylori驅(qū)動(dòng)機(jī)制

CellChat分析顯示，H.pylori陽(yáng)性樣本中細(xì)胞間通訊更活躍，SPP1、TNF、THY1和補(bǔ)體通路信號(hào)增強(qiáng)（圖9F–G）。TNF-TNFRSF1A（TNFR1）信號(hào)在H.pylori陽(yáng)性樣本中顯著激活（圖9H–I）。iCAFs作為主要信號(hào)發(fā)送者，通過(guò)COL1A1、MIF、C3和APP信號(hào)與髓系細(xì)胞（尤其是TAM）密切互作（圖9D–E）。

圖9 多細(xì)胞通訊網(wǎng)絡(luò)塑造幽門(mén)螺桿菌驅(qū)動(dòng)的胃癌發(fā)生微環(huán)境

總結(jié)

本研究通過(guò)大規(guī)模單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組分析，系統(tǒng)揭示了H.pylori感染在胃癌發(fā)生過(guò)程中對(duì)細(xì)胞組成、轉(zhuǎn)錄程序和細(xì)胞間通訊的深遠(yuǎn)影響。主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)包括：

• 識(shí)別了腸上皮細(xì)胞和腫瘤樣EPC兩個(gè)關(guān)鍵上皮亞群，分別主導(dǎo)IM和GC階段；

• 揭示了HNF4G作為腸上皮細(xì)胞的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子；

• 明確了iCAFs和腫瘤樣EC在塑造免疫抑制微環(huán)境中的作用；

• 構(gòu)建了H.pylori 感染背景下多細(xì)胞通訊網(wǎng)絡(luò)，發(fā)現(xiàn)TNF、SPP1等信號(hào)通路異?；钴S。

研究局限性包括樣本量有限、未涵蓋所有胃癌分子亞型，以及AI模型的“黑箱”問(wèn)題。未來(lái)需通過(guò)功能性實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證關(guān)鍵基因與通路機(jī)制。但總體而言，本研究的發(fā)現(xiàn)為理解H.pylori相關(guān)胃癌的發(fā)病機(jī)制提供了全新視角，并為開(kāi)發(fā)早期診斷標(biāo)志物和靶向治療策略奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1] Arnold M et al. Global burden of oesophageal and gastric cancer by histology and subsite in 2018. Gut. 2020.

[2] Crowe SE. Helicobacter pylori Infection. N Engl J Med. 2019.

[3] Correa P & Piazuolo MB. Helicobacter pylori Infection and Gastric Adenocarcinoma. US Gastroenterol Hepatol Rev. 2011.

[4] Zhang M et al. Dissecting transcriptional heterogeneity in primary gastric adenocarcinoma by single cell RNA sequencing. Gut. 2020.

審批編號(hào): CN-170462 過(guò)期日期: 2026-10-27
本材料由阿斯利康提供，僅供醫(yī)療衛(wèi)生專業(yè)人士參考

*“醫(yī)學(xué)界”力求所發(fā)表內(nèi)容專業(yè)、可靠，但不對(duì)內(nèi)容的準(zhǔn)確性做出承諾；請(qǐng)相關(guān)各方在采用或以此作為決策依據(jù)時(shí)另行核查。