基于家族性腺瘤性息肉病的结直肠癌演进研究

It is important to study the changes of tumor cells and tumor microenvironment during the evolution of colorectal cancer to find new visualization targets. Single-cell RNA sequencing has incomparable advantages in the study of tumor microenvironment, and familial adenomatous polyposis provides an ideal model for the study of colorectal cancer evolution. In this study, we proposed: 1) to analyze the composition of tumor cells and tumor microenvironment at different stages of colorectal cancer evolution using single-cell RNA sequencing; 2) to further analyze the expression profile of tumor cells at different stages of evolution focusing on the in-depth analysis of cell metabolism and absorption function, and verify the previous research conclusions to find the potential targets for visualization technology; 3) to analyze the interactions between microenvironment cells and tumor cells and further verify them by in vitro experiments. This study aims to analyze the composition of tumor microenvironment (including tumor cells, microenvironment cells, etc.), their interactions and dynamic changes during colorectal caner evolution, and to reveal the relationship and regulatory mechanisms between tumor immunity, tumor metabolism and tumor evolution, so as to lay a foundation for the establishment of original visualization technology.

研究结直肠癌演进过程中肿瘤细胞以及肿瘤微环境的改变对于发现新的可视化靶点具有重要意义。单细胞转录组测序在肿瘤微环境研究中具有无可比拟的优势，而家族性腺瘤性息肉病为研究结直肠癌的演进提供了非常好的研究材料。在本研究中，我们拟：1)利用单细胞转录组测序技术对结直肠癌不同演进阶段的细胞类型进行分析，解析不同演进阶段肿瘤细胞及微环境细胞组成的变化；2）进一步对不同演进阶段的肿瘤细胞表达谱进行分析，重点对细胞代谢和吸收功能进行深入分析，并对前期研究结论进行功能验证以期找到可视化技术的潜在靶点；3）分析微环境细胞和肿瘤细胞之间的相互作用，并通过体外实验进一步验证。以上研究旨在解析结直肠癌发生发展过程中肿瘤微环境构成（包括肿瘤细胞、微环境细胞等）及其之间相互作用与动态变化，揭示肿瘤免疫、肿瘤代谢与肿瘤演进的关系及其调控机理，为创建原创性可视化技术奠定基础。

结直肠癌的发病率和致死人数在所有恶性肿瘤中均居前三位，其预防和早期诊断是亟待解决的重大公共卫生问题。结直肠癌发生过程中存在正常粘膜—增生—腺瘤—癌的演进，因此揭示结直肠癌演进过程中肿瘤细胞以及肿瘤微环境的改变对于其早期诊断以及发现新的可视化靶点具有重要意义。.在本研究中，我们在单细胞水平追踪了结直肠癌“腺瘤-腺癌-转移癌”的序列演进，深入解析了结直肠癌肿瘤细胞在序列演进中的多组学改变，并利用结直肠癌类器官培养体系对相应的结论进行了验证；同时，我们对结直肠癌肿瘤微环境进行了深入解析，找到了肿瘤相关成纤维细胞的特异性标志物，并分析了结直肠癌肿瘤微环境细胞中的大片段基因组异常。.通过单细胞转录组水平的分析，我们发现腺瘤向腺癌转变过程中上皮间质转化（EMT）和肿瘤代谢存在重编程；通过系统分析结直肠癌在发展和转移过程中不同细胞类型和肿瘤亚克隆组成、基因表达、信号通路、基因组拷贝数变异和体细胞突变的动态变化，发现了结直肠癌特异上调的基因及信号通路；我们发现大部分在腺瘤中存在的染色体开放状态变化在腺癌阶段依然保留了，而腺癌相对于癌旁组织开放状态变化更大；针对肿瘤微环境，我们发现了5个肿瘤微环境中成纤维细胞特异表达的肿瘤标志基因，它们的表达水平均与结直肠癌预后密切相关；我们在单细胞水平系统性地评估了类器官模型在研究结直肠癌肿瘤发生分子机制上的可靠性和局限性。.本项目从多个层面追踪了结直肠癌“腺瘤-癌-转移癌”的序列演进，进一步加深了对结直肠癌演进的认知；同时鉴定出结直肠癌肿瘤细胞特异的标志物以及肿瘤相关成纤维细胞的特异性标志物，为可视化技术的开发提供了切入点；此外，该项目系统性评估了结直肠癌的体外研究模型——类器官培养体系，为后续可视化靶点的验证提供了良好的平台。