《PLOS One》：Single-cell atlas of gastric cancer reveals malignant epithelial evolution and regulatory reprogramming of the tumor microenvironment
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本研究针对胃癌“炎症-肠化生-癌”序列中细胞异质性与微环境重塑机制不清的问题，通过整合慢性胃炎、肠化生及癌组织的单细胞转录组数据，构建了胃癌单细胞图谱。研究揭示了恶性上皮细胞的克隆演化路径及CD44–ECM轴介导的细胞间通讯，鉴定了HNF4A等与不良预后相关的转录因子，为胃癌早期诊断提供了潜在标志物。
胃癌是全球范围内消化道高发恶性肿瘤，其发生发展通常遵循经典的“Correa级联反应”：从慢性浅表性胃炎开始，历经萎缩、肠化生（IM）、不典型增生，最终演变为浸润性癌。尽管影像学、内镜及分子检测技术不断进步，但胃癌的总体预后改善仍十分有限。这提示，驱动早期病变向恶性转化的关键生物学事件，特别是单细胞尺度下的谱系转换、克隆演化及肿瘤微环境（TME）重塑的精细动态，仍是未被充分认知的“黑箱”。
传统的组织学和群体水平（Bulk）组学技术难以解析这种细胞层面的异质性。单细胞RNA测序（scRNA-seq）技术的突破，使得在单细胞分辨率下描绘细胞亚群、重建细胞命运轨迹（伪时间分析）以及推断细胞间通讯（配体-受体分析）成为可能。然而，在涵盖“浅表炎症–IM–癌及癌旁组织”的统一框架下，系统阐明上皮细胞内在程序、微环境信号与上游转录调控网络三者耦合的研究仍较为匮乏。
为此，研究人员在《PLOS One》上发表了题为“Single-cell atlas of gastric cancer reveals malignant epithelial evolution and regulatory reprogramming of the tumor microenvironment”的研究。该研究整合了来自慢性浅表性胃炎（CGS）、IM、胃癌（GC）及癌旁组织的scRNA-seq数据（GSE150290），构建了胃癌的单细胞转录组图谱。研究旨在回答三个核心问题：恶性上皮细胞究竟起源于哪个祖细胞分支？上皮细胞与癌症相关成纤维细胞（CAFs）、肿瘤相关巨噬细胞（TAMs）的相互作用如何驱动肿瘤进展？哪些转录因子（TF）程序主导了恶性转化，并有望成为早期预警标志物？
关键技术方法概览
研究整合了GEO数据库中的GSE150290数据集（含51例样本，涵盖CGS、IM、GC及癌旁组织），经严格质控保留215,038个细胞。关键实验技术包括：利用inferCNV进行拷贝数变异（CNV）分析以区分恶性/正常上皮细胞；应用CellChat解析上皮细胞与T细胞、髓系细胞及成纤维细胞的通讯网络；采用Monocle2重建恶性上皮发育轨迹；基于SCENIC构建转录因子调控网络；并利用TCGA、GTEx及GSE163558数据集进行外部验证。
3.1 Single-cell atlas of GC and features of malignant epithelium
细胞图谱构建与恶性上皮鉴定
经过严格质控，研究解析出上皮、成纤维细胞、内皮、髓系细胞、T细胞、B细胞和浆细胞7大细胞谱系。与CGS相比，IM和GC组织表现出上皮区室收缩，而免疫和基质细胞（如B/T细胞、髓系细胞、成纤维细胞）显著扩增，揭示了肿瘤生态位的重塑。
利用inferCNV分析，研究在胃癌上皮细胞中鉴定出三类状态：正常上皮（CNV负荷低）、恶性上皮（CNV负荷高，肿瘤组织富集）以及中间态（proto-malignant）细胞（中等CNV，提示恶性转化过渡阶段）。恶性上皮进一步分为两个亚群：C1亚群偏向分化特征，而C2亚群则显著富集炎症反应、抗原呈递及上皮-间质转化（EMT）特征，提示恶性上皮存在功能异质性。
3.2 Cell–cell interaction landscape in tumors
肿瘤内的细胞通讯景观
CellChat分析显示，肿瘤组织中上皮细胞与T细胞、髓系细胞、成纤维细胞之间的相互作用数量及强度均显著增强，其中上皮–T细胞通讯最为突出。进一步将上皮细分为恶性与非恶性后发现，恶性上皮细胞作为信号发送者（Sender），其发出的信号强度更高，且CD44–细胞外基质（ECM）轴在恶性上皮与基质细胞的互作中扮演关键角色，凸显了ECM重塑在肿瘤进展中的重要性。
2.4 Developmental trajectory of malignant epithelium (Monocle2)
恶性上皮的发育轨迹
Monocle2伪时间轨迹分析将恶性上皮定位在胃黏膜细胞分化路径的晚期阶段。随着伪时间推进，细胞表现出CNV负荷增加及干细胞样转录程序的富集。这一轨迹重建支持了恶性上皮起源于正常/前体细胞，并在累积基因组不稳定的同时获得干性特征的演化模型。
2.5 Transcription factor regulatory network analysis (SCENIC)
转录因子调控网络
SCENIC分析揭示了恶性上皮中激活的关键转录调控模块：包括谱系决定模块（HNF4/CDX, NR1H4/ESRRA）、增殖相关模块（MYC/TFDP1）以及炎症/EMT相关模块（FOSL1/REL/NF-κB）。其中，HNF4A、KLF3、FOSL1、TCF7L2、BCL3、RELB、ONECUT2、MAF等转录因子在恶性上皮中高活性，且其高表达与患者不良预后显著相关，提示它们是潜在的预后标志物和治疗靶点。
研究结论与意义
本研究通过构建高分辨率的胃癌单细胞图谱，为“炎症–IM–癌”三阶段模型提供了单细胞水平的直接证据。研究不仅揭示了恶性上皮在基因组（CNV累积）和转录组（干性程序）层面的演化路径，还刻画了以CD44–ECM轴为核心的微环境重编程特征。更重要的是，研究鉴定出一组恶性上皮相关的转录因子（如HNF4A、FOSL1等），它们不仅是预后的潜在预测指标，也为胃癌的早期诊断和靶向干预提供了新的分子靶标。这一整合性的生态学视角，深化了我们对胃癌发生机制的理解，并推动了单细胞技术在临床转化中的应用。
