Cancer Cell | 樊嘉院士/张力烨团队解析转移性肝细胞癌的时空演变

肝细胞癌（Hepatocellular Carcinoma，HCC）作为全球癌症死亡率的第三大原因，对人类健康构成了严重威胁，尤其是HCC发展到转移阶段，治疗选择变得有限，患者预后通常较差。尽管近年来在HCC的研究取得了显著的进展，但这些研究大多集中于原发性肿瘤，对于转移性HCC的分子特征和进化轨迹的理解依然不足。

来自复旦大学中山医院的樊嘉院士和张力烨研究团队在《Cancer Cell》（IF=50.3）发表的一项题为“Integrated multi-omics profiling to dissect the spatiotemporal evolution of metastatic hepatocellular carcinoma”的研究采用了基因组学、转录组学、空间转录组学和多重免疫组化等技术，对患者的原发性和转移性肿瘤区域进行了深入的分析，揭示了转移性HCC的高度异质性。

01 多组学揭示转移性HCC的分子特征

研究者首先从182名HCC患者中收集了461个肿瘤区域样本，其中包括原发性肿瘤、复发肿瘤和不同转移部位的肿瘤。并使用全外显子测序（WES）和RNA测序（RNA-seq）对以上样本进行了多区域测序。结果显示原发性和转移性肿瘤之间存在显著的基因组差异，主要表现在肿瘤外显子区克隆和亚克隆改变的平均数量。并且转移性肿瘤表现出高度的肿瘤内异质性（图1A）。为了追踪转移性肿瘤（MT）的克隆起源，研究人员使用Treeomics和PTI重建了患者体内肿瘤的发育情况，多名转移瘤患者出现单系传播的现象，但这种传播的来源广泛，任何肿瘤分期（原发性肿瘤PT、肝内转移性复发肿瘤IM-RT、转移性肿瘤MT）都可能是潜在的来源（图1B-C）。

图1 多组学揭示HCC分子特征

02 转移瘤传播模式决定患者生存周期

肝癌转移可由单个亚克隆型（单克隆传播）或者多个不同的亚克隆型传播（多克隆传播）（图2A）。研究人员在此分析了单克隆和多克隆传播是否与患者临床疾病进展情况相关。结果显示多克隆传播患者疾病进展迅速，而单克隆患者进展缓慢（图2B）。生存分析结果显示转移瘤的传播模式是患者生存的重要预后因素（图2C）。随后研究人员分析了产生多克隆MTs的PTs的基因组和转录组学特征，基因集富集分析（GSEA）发现了在PTs中缺氧信号的转录激活（图2D）。后续通过在小鼠体内过表达及敲低HIF1α进行验证，确定了缺氧程序可能有助于HCC的多克隆传播（图2E）。

图2 缺氧促进HCC多克隆传播

03 新抗原肿瘤内异质性与免疫细胞浸润相关

最近研究表明，新抗原肿瘤内异质性（ITH）是PTs免疫检测的一个高度相关决定因素，但在转移性疾病中，ITH对新抗原景观和抗肿瘤免疫敏感性仍未被探索。研究人员在此分析了34例患者的数据，并对MTs进行了配对多区域DNA和RNA测序。共预测到了13308种新抗原，平均每个MT预测的新抗原有133种，而平均有29种新抗原存在异质性。研究人员进一步分析了MT种新抗原ITH的临床相关性，通过设置阈值区分高新抗原ITH和低新抗原ITH（图3A）。高新抗原ITH的MT与患者生存期缩短显著相关（图3B）。同时研究人员还分析了免疫组成在高/低新抗原ITH中的差异，在具有高新抗原ITH的区域，CD3、CD4、CD8等多种细胞的浸润明显减少（图3C），同时抗肿瘤T细胞的免疫功能出现失调。这种抗原呈递系统的破坏是转移性肿瘤的肿瘤细胞传播过程中进化导致，而非对应的原发肿瘤导致（图3D）。

图3 新抗原ITH与免疫浸润相关

04 Wnt-wt肿瘤具有更强的转移能力

研究人员发现原发性肝癌和转移性肝癌具有相似的瘤内异质性，但转移性肝癌具有更高的基因组不稳定性，通过比对筛选出了转移瘤中显著富集的7个拷贝数改变（图4A）。并通过拷贝数计算转移风险评分（Metastasis-enriched SCNAs，Met SCNAs），发现转移瘤的Met SNCAs明显高于原发瘤（图4B）。通过条件筛选，研究人员保留出三个基因（CHID1、RNH1、PNPLA2）进行功能实验，发现敲除CHID1和RNH1基因后可以显著增加转移发生率（图4C）。同时研究人员发现Wnt-mut区域高度富集Wnt β-catenin信号通路和代谢过程，而Wnt-wt区域富集与免疫应答、癌症相关成纤维细胞（CAF）激活、血管生成相关的通路。这预示着Wnt-wt具有更强的转移能力（图4D-E）。

图4 Wnt区域与肿瘤转移相关

05 HLA-E:CD94-NKG2A可能作为转移性HCC治疗靶点

为了深入解析肿瘤免疫微环境的细胞组成，研究人员通过免疫组化对Wnt-mut及Wnt-wt患者进行分析，结果表明，与Wnt-mut肿瘤相比，Wnt-wt肿瘤中CAF和免疫细胞的浸润明显增加（图5A）。为了揭示细胞的基因表达情况，研究人员使用空间转录组（GeoMx DSP）对患者样本进行分析。结果显示Wnt-wt肿瘤区域显著富集免疫抑制性细胞、浸润免疫抑制性B细胞及肿瘤相关成纤维细胞，同时CD8+T细胞出现耗竭表型。研究人员使用多重免疫组化分析得到了一致的结果（图5B-C）。在多种免疫细胞中，记忆B细胞表达了更高水平的调节性分子，研究人员通过CellChat对细胞配受体相互作用进行预测，发现HLA-E：CD94-NKG2A轴是B细胞与CD8终末T细胞交流的主要方式（图5D）。最终研究人员得出结论，Wnt-wt MTs表现出免疫抑制B细胞浸润增加并通过HLA-E:CD94-NKG2A轴促进CD8+T细胞的耗竭（图5E-F）。这些发现为治疗转移HCC提供了新的策略。

图5 细胞互作发现疾病治疗靶点

总结与讨论

空间组学为研究人员提供了转移性HCC时空演变的深入理解，并揭示了肿瘤微环境中复杂的细胞相互作用，本研究的发现不仅增进了我们对HCC转移机制的理解，也为开发新的治疗方法提供了潜在的靶点。空间组学作为连接细胞分子特征与其空间环境的重要技术，为肿瘤免疫学研究开辟了新的视角及方法。

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相关文献

Sun Y, Wu P, Zhang Z, et al.Integrated multi-omics profiling to dissect the spatiotemporal evolution of metastatic hepatocellular carcinoma. Cancer Cell. 2024;42(1):135-156.e17.