【多技术联盟】从“拆盲盒”到“精准导航”,多组学技术联合揭示转移性肝癌的时空进化密码
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肝癌转移是患者预后差的核心原因,其过程涉及克隆选择、基因组异质性、微环境重塑免疫逃逸等多层次机制。传统单一组学技术难以捕捉时空动态变化,樊嘉院士团队在Cancer Cell的研究通过多组学技术串联,首次绘制了转移性肝癌的全景图谱,揭示了从早期克隆扩散到终末免疫抑制的完整路径。

    

   

图形摘要

   

     

一、科学问题

   

肝癌转移如何跨越基因组-微环境-免疫的三重屏障?

       

克隆竞争:转移灶的起源是单克隆还是多克隆?驱动基因如何被选择或排斥?

基质互作:肿瘤细胞如何“驯化”成纤维细胞构建转移前微环境?

免疫编辑:转移灶如何通过新抗原异质性和检查点轴逃避免疫杀伤?

  

二、技术策略:多项核心技术构建多维证据链

   

研究整合多区域外显子测序、bulk转录组测序、单细胞测序、DSP空间转录组测序、功能验证多技术模块,形成闭环研究体系:  

       

模块一:基因组与转录组解析克隆演化

       

1、多区域全外显子测序(WES):对182例患者的461个原发灶(PT)和转移灶(MT)进行测序,追踪克隆起源。系统发育分析(Treeomics、PTI)显示,75%转移灶源于原发灶的早期克隆扩散,且转移灶基因组异质性(ITH)高于预期。

      

       

     

2、Bulk RNA-seq与差异表达分析:结合缺氧评分(HIF1A IHC验证),发现缺氧信号驱动多克隆播散,加速转移进展。  

   

 

     

         

技术价值:多区域测序揭示时空进化规律,为克隆竞争提供分子证据;

      

模块二:单细胞与空间组学解码微环境异质性

                

1、单细胞RNA测序(scRNA-seq):对转移灶的CD45+免疫细胞分群,发现Wnt野生型(Wnt-wt)MT中记忆B细胞高表达HLA-E,并通过配体-受体对(HLA-E:CD94-NKG2A)诱导CD8+ T细胞终末耗竭。

      

          

2、空间转录组测序(DSP, NanoString GeoMx):对肿瘤-基质交界区进行多区域分割(PanCK+肿瘤、CD8+ T细胞、FAP+成纤维细胞),发现Wnt-wt区域的侵袭前富集EMT通路,且与炎性CAF(iCAF)空间共定位。

     

    

      

技术价值:单细胞与空间技术互补,将分子机制锚定至特定细胞亚群与空间生态位

        

模块三:功能实验验证关键机制

                

1、多色免疫荧光(mIF)与数字病理(HALO):定量显示Wnt-wt区域中HLA-E+ B细胞与NKG2A+ T细胞的近距离互作,及iCAF与肿瘤细胞的共定位。

    

                  

 2、CRISPR基因编辑(AXIN1敲除):构建Wnt信号缺失模型,证明Wnt-wt细胞通过TGF-β招募CAF,促进类器官侵袭。

    

                  

3、患者来源类器官(PDO)与CAF共培养:验证CAF通过EMT信号反馈增强肿瘤转移能力。

          

             

4、小鼠转移模型:HIF1A过表达促进多克隆肺转移,敲低则抑制。

技术价值:从分子到表型,构建“假设-验证”闭环。

     

三、核心发现:肝癌转移的三重驱动网络

      

1、克隆进化

转移灶的基因组异质性(ITH)高于预期,81%病例为早期播散,且新抗原异质性(neo-ITH)与抗原提呈缺陷(如HLA丢失)相关,导致免疫逃逸。

              

2、Wnt信号缺失重塑基质生态

Wnt-wt肿瘤细胞通过NF-κB通路分泌TGF-β、FGF2等因子,招募CAF并激活EMT程序,而Wnt突变亚克隆因无法激活基质被淘汰。

                   

3、B细胞主导的免疫抑制轴

HLA-E+记忆B细胞通过空间邻近的NKG2A信号诱导CD8+ T细胞耗竭,阻断该轴可恢复T细胞杀伤功能。

         

四、结论与转化

    

研究通过多项技术串联,揭示了肝癌转移中“基因组选择-基质驯化-免疫编辑”的级联机制,并提出: 

治疗靶点:靶向HLA-E/NKG2A轴、CAF衍生因子(如TGF-β)或Wnt-wt亚克隆。

预后标志物:转移灶新抗原ITH、CAF活化评分或HLA-E表达可作为免疫治疗响应预测指标。

   

五、技术赋能:多组学串联应用

    

1、克隆追踪:多区域WES+系统发育分析→解析转移时空起源;

2、微环境解析:scRNA-seq+DSP空间转录组+mIF→定位互作枢纽;

3、机制验证:CRISPR编辑+PDO模型+动物实验→从相关性到因果性。

                


                         

樊嘉院士团队的研究不仅重新定义了肝癌转移的驱动框架,更展示了多组学技术从“描述现象”到“指导干预”的全链条价值—当单细胞遇见空间定位,当基因组对话微环境癌症研究的边界正在被不断打破。

                    

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