想了解细胞产品及试剂相关内容,请点击这里进入OriCell网站
  • 焕新开学季,“繁育不能停”:小鼠净化/快速繁育仅需198元/只
  • 新品福利,免费试用:AI辅助筛选的创新型AAV病毒变体

郑州大学团队发表食管鳞状上皮癌前病变向食管鳞癌进展的空间转录组学分析

食管癌是世界上最具侵袭性和致命性的恶性肿瘤之一,主要分为两个亚型:食管鳞癌(Esophageal squamous cell carcinoma, ESCC)和食管腺癌(Esophageal adenocarcinoma, ESCA)。食管鳞状上皮癌前病变(Esophageal squamous precancerous lesions, ESPL)是ESCC的前体病变,表现出从正常上皮(NE)到低级别(LGIN)和高级别(HGIN)上皮内瘤变的进展,最终发展为浸润性癌。一份长达13.5年的随访数据表明,较高级别的上皮内瘤变与ESCC发生的风险明显相关。目前,尚不明确哪些阶段的ESPL最终会发展成ESCC,因此需要找到与ESPL进展为ESCC相关的风险指标,以进行精准预防。

 

2023年8月8日,郑州大学董子钢教授团队和李翔教授团队合作Nature Communications杂志在线发表了题为“Spatial transcriptomics analysis of esophageal squamous precancerous lesions and their progression to esophageal cancer”的研究论文。该研究发现,TAGLN2和CRNN异常表达与食管状上皮癌前病变向食管鳞癌进展相关,并有望成为食管癌早期干预标志物。

 

食管鳞状上皮癌前病变

图片来源:《Nature Communications》

https://www.nature.com/articles/s41467-023-40343-5

 

研究材料

在体内研究中,研究人员构建了食管鳞癌PDX模型(其中CB17-SCID雌性免疫缺陷小鼠由赛业生物提供),皮下接种瘤块后,每周两次瘤内注射相应的慢病毒,观察基因敲低或过表达对肿瘤生长的影响。

 

研究方法

作者采用了空间全转录组图谱(WTA)、主成分分析(PCA)和差异表达基因分析(DEGs)等生物信息学技术,以及免疫组化染色(IHC)、WB、qPCR、MTT、克隆形成、类器官和PDX模型等体内外实验技术。

 

技术路线

01差异性表达基因的筛选:通过空间全转录组图谱(WTA)、主成分分析(PCA)和差异表达基因分析(DEGs)筛选ESPL发展为ESCC过程显著变化的基因。

02候选基因的确定和验证:采用机器学习方法进一步确定潜在候选基因,并通过IHC染色验证候选基因与ESCC进展的相关性。

03候选基因的调控机制研究:通过细胞增殖分析、集落形成测定和体内研究探究候选基因对ESCC增殖的影响,及对正常食管细胞向恶性细胞转变的作用。

 

研究结果

1.ESPL阶段处于免疫抑制状态,该状态可能会减弱抗肿瘤免疫应答,从而促进ESCC的肿瘤发生

在该研究中,作者首先从生物过程、调控网络、异常代谢途径、异常信号传导途径和免疫相关途径等方面对ESPL以及ESCC进行了分析(图1 a, b)。研究发现成纤维细胞和M2巨噬细胞及调节T细胞(Treg)在LGIN和HGIN阶段丰度增加,M1巨噬细胞减少(图2 c-g),表明ESPL阶段处于免疫抑制状态,这可能会引起抗肿瘤免疫应答减弱,从而促进ESCC的肿瘤发生。主成分和差异表达基因(DEGs)分析以及各阶段信号转导通路变化显示,类癌样改变主要始于HGIN阶段,提示患有高ESCC风险的LGIN患者应尽早治疗。

 

食管鳞状上皮癌前病变

图1 ESPL状态分析[1]

 

2.候选基因的筛选

研究中发现一些DEGs在正常食管上皮细胞到ESCC的疾病进展过程中呈现逐步增加或减少的趋势,这类基因很可能参与了ESCC的发展进程。该研究团队采用机器学习方法筛选出潜在的与ESCC进展相关的候选基因,包括TAGLN2,CRNN,KRT16,KRT17和MAL(图2 a-d)。免疫组化染色(IHC)检测结果显示TAGLN2和KRT16的蛋白水平在ESCC的进展过程中显著增加,而CRNN的蛋白表达水平则降低(图3 e),KRT17和MAL表达在各阶段均无显著性差异。另外,该团队对同一病人由LGIN进展成HGIN及HGIN进展成ESCC前后配对的组织样本进行分析,结果显示与进展前的样本相比,进展后的组织样本中TAGLN2蛋白水平显著增加,而CRNN的表达减少(图3 a-d),KRT16在进展前后无显著差异,进一步证实了TAGLN2和CRNN与ESCC进展的相关性。因此,作者选择TAGLN2和CRNN开展下一步研究。

 

食管鳞状上皮癌前病变

图2 用于ESPL诊断和预测ESCC风险的潜在指标筛选[1]

 

食管鳞状上皮癌前病变

图3 验证候选基因与ESCC进展的相关性[1]

 

3.候选基因在ESCC进展中的作用机制

该团队通过细胞增殖、克隆形成、类器官和人源性组织异种移植(PDX)等体内外实验分析了候选基因在ESCC进展中的作用机制。在体内研究中,研究人员构建了食管鳞癌PDX模型(其中CB17-SCID雌性免疫缺陷小鼠由赛业生物提供),在小鼠皮下接种瘤块后,每周两次瘤内注射相应的慢病毒,观察基因敲低或过表达对肿瘤生长的影响。结果表明,敲低TAGLN2或过表达CRNN会抑制食管鳞癌细胞系、类器官和PDX肿瘤的生长(图4)。在对正常食管上皮细胞的研究中发现,TAGLN2促进了正常细胞向恶性细胞的转化,而CRNN抑制了这种转化。

 

食管鳞状上皮癌前病变

图4 候选基因在ESCC进展中的作用[1]

 

研究结论

总的来说,TAGLN2通过调控细胞增殖促进ESCC的进展,而CRNN则通过对细胞增殖的调控抑制ESCC的进展。TAGLN2和CRNN有望作为ESPL向ESCC进展的潜在风险指标,有助于ESCC的预防和早期干预。该研究表明应该对食管癌前病变TAGLN2和CRNN异常表达的高危人群进行早期干预,为食管癌的精准预防提供了新思路。

 

原文检索:

[1]Liu X, Zhao S, Wang K, Zhou L, Jiang M, Gao Y, Yang R, Yan S, Zhang W, Lu B, Liu F, Zhao R, Liu W, Zhang Z, Liu K, Li X, Dong Z. Spatial transcriptomics analysis of esophageal squamous precancerous lesions and their progression to esophageal cancer. Nat Commun. 2023 Aug 8;14(1):4779. 

如果您对产品或服务有兴趣,可通过以下方式联系我们
在下方表单
填写需求描述给我们
点击页面右侧“在线咨询”
工具快速咨询
拨打免费电话:
400-680-8038
发送邮件至邮箱:
info@cyagen.com
click to refresh
交流社区
神经
扫码加入
神经领域交流群
需备注来意,审核后进入
基因
扫码加入
基因领域交流群
需备注来意,审核后进入
细胞
扫码加入
细胞领域交流群
需备注来意,审核后进入
云课堂
扫码加入
云课堂交流群
需备注来意,审核后进入