英文标题：Novel TCF21high pericyte subpopulation promotes colorectal cancer metastasis by remodelling perivascular matrix
发表期刊：Gut
影响因子：23
发表时间：2023年4月
研究机构：暨南大学叶文才、张冬梅和陈敏锋课题组
涉及组学：单细胞转录组、转录因子TCF21-ChIP-seq（联川生物提供）、DNA甲基化测序等
摘要
血液播散是结直肠癌（CRC）转移的普遍途径。然而肿瘤周细胞（TPCs）及其异质性在血液播散乃至对CRC转移的作用尚不清楚。从发声或未发生肝转移的结直肠癌患者体内分理出TPCs进行单细胞转录组测序，随后收集临床结直肠癌标本，分析TPCs的分子分型与CRC转移之间的关联。
通过Bulk转录组测序、ChIP-seq和DNA甲基化测序，以研究TCF21调控的基因和TCF21 DNA高甲基化下的integrin α5（整合素α5）的机制。随后构建条件性敲除Tcf21的肿瘤周细胞小鼠模型，采用了诸多后期验证手段后观察到肿瘤周细胞外基质（ECM）的重塑。
作者鉴定了13个TPCs亚群，其中一种为新的TCF21高表达的TPC亚群，称为“基质-肿瘤周细胞”，与结直肠癌患者的肝转移相关。TPCs中的TCF21增加了血管周围ECM的刚度、胶原重排和基底膜降解，建立了血管周围转移微环境，以引发结直肠癌肝转移。TPCs中Tcf21的缺失减轻了血管周围ECM的重塑和直肠癌肝转移，而与CRC细胞共同注射的TCF21高表达TPCs显著促进了直肠癌肝转移。从机制上讲，整合素α5的缺失抑制了FAK/PI3K/AKT/DNMT1轴，影响了TCF21high TPCs中TCF21 DNA的高甲基化。
本研究揭示了TPCs在血液播散中的一个以前未识别的作用，并为CRC转移提供了潜在的诊断标记和治疗靶点。
本文亮点
通过单细胞测序对TPCs分选后继续进行亚群分类，所以得到的细胞亚群非常细。后续通过锁定关键转录因子来对亚群进行分类。转录因子TCF21作为一种在TPC特异性表达的蛋白，对后续肿瘤血管周围的基底重拍、血管转移微环境构建起到了关键作用。然后对特异性的Tcf21 TPCs进行研究，如通过转录因子TCF21的ChIP-seq锁定了诸多明星基因，并且与DNA甲基化相关联。
所以借助CUT&Tag或者ChIP-seq可以对那些通过分选后细胞总量不足，但是又很想研究转录因子或组蛋白修饰的课题是极大的思路开拓。
结果
1
单细胞测序鉴定与CRC转移相关的独特TPC亚群
利用单细胞转录组测序技术，作者在结直肠癌患者的肿瘤周细胞中发现了与肿瘤转移密切相关的独特亚群，与结直肠癌肝转移正相关的高表达TCF21特征，被命名为“基质-肿瘤周细胞”。
这类细胞亚群通过增加血管周围基质的硬度和促进基底膜的降解来促进肿瘤细胞的侵袭和转移。基质-肿瘤周细胞中TCF21的高表达水平与患者的整体生存率和无病生存率降低有显著关联。
这些研究结果为理解肿瘤周细胞在结直肠癌转移中的作用提供了新的视角，并可能为癌症治疗提供新的诊断标志物和治疗靶点。
2
TPC中的TCF21与CRC转移相关
研究揭示了肿瘤周细胞（TPCs）中TCF21的高表达与结直肠癌（CRC）的肝转移强烈相关。高表达水平的TCF21在TPCs中促进了血管周围细胞外基质（ECM）的重塑，为肿瘤细胞提供了更有利的侵袭和转移环境。
通过对单细胞测序数据的分析，作者发现TCF21在特定的肿瘤周细胞亚群中具有调控作用，这一亚群被称为“基质-肿瘤周细胞”。
此外TPCs中TCF21的表达水平可以通过调节DNA甲基化水平来控制，其中整合素α5的缺失导致TCF21 DNA甲基化减少，从而提高了TCF21的表达。
这些发现表明，靶向肿瘤周细胞中的TCF21高表达亚群可能为结直肠癌的治疗提供了新的策略和干预点。
3
TPC 中的 TCF21 促进基质-周细胞的表型转变和血管周围 ECM 的重塑
TCF21在肿瘤周细胞（TPCs）中的表达增加与结直肠癌肝转移（CRCLM）之间存在正相关，表明TCF21可能参与激活TPCs并促进基质-肿瘤周细胞的表型转变。
TCF21在TPCs中的缺失或过表达对细胞增殖、粘附和迁移影响不大。
在基质-肿瘤周细胞中，包括IGFBP5、CILP、MFAP4、c11orf96、A2M、SFRP2、MAF、PTGDS和MATN2在内的九个基因的表达水平，在TCF21过表达的TPCs中显著高于对照组。相反，当TPCs中敲减TCF21时，这些基因的表达水平显著降低。
TCF21过表达的TPCs中，与基质-肿瘤周细胞特异性基因相关的基因表达显著上调，这与ECM的组织和结构相关。
通过将ChIP-seq、Bulk转录组测序和单细胞转录组测序进行多组学联合时，GO富集分析表明，TCF21调控的基因与“ECM 组织”和“ECM”类别相关，最终发现139个基因与TCF21调控相关。
TCF21在TPCs中的过表达通过增加胶原蛋白的排列和重组，提高了ECM的刚度，促进了结直肠癌的转移。
实验表明，与对照组相比，TCF21过表达的TPCs在促进结直肠癌细胞侵袭方面更强。
MATN2虽然在基质-肿瘤周细胞中表达，但与TCF21不同，它对ECM相关基因的表达水平和肿瘤细胞侵袭能力影响不大，表明MATN2+ TPCs可能仅作为基质-肿瘤周细胞的特征标记。
4
TPC中Tcf21的敲除可抑制CRC转移
在肿瘤周细胞（TPCs）中特异性敲除Tcf21基因显著抑制了结直肠癌（CRC）的肝转移。
这种敲除减少了血管周围细胞外基质（ECM）的重塑维持了基底膜的完整性，并降低了循环肿瘤细胞（CTCs）的数量。
这表明，TPCs中的TCF21对于促进CRC的血液播散和转移至关重要，其抑制可能为结直肠癌治疗提供新的策略。
5
Integrin α5 的缺失会减弱TCF21启动子的 DNA 甲基化并增加 TPC 中的 TCF21 表达
肿瘤周细胞（TPCs）中整合素α5的缺失导致TCF21基因启动子区域的DNA甲基化减弱。这种DNA甲基化水平的降低导致TPCs中TCF21的表达增加，表明整合素α5对TCF21表达具有负向调控作用。
整合素α5的缺失通过影响FAK/PI3K/AKT信号通路，降低了DNA甲基转移酶1（DNMT1）的表达，从而减轻了TCF21启动子的高甲基化状态。整合素α5在转录和蛋白水平上对TCF21具有负调控作用，而这一调控与肿瘤细胞的侵袭和转移能力有关。
这些发现揭示了整合素α5在调控肿瘤周细胞中TCF21表达和结直肠癌转移中的重要作用，为癌症治疗提供了新的分子靶点。
6
TCF21high基质周细胞与CRC患者血管周围ECM重塑和肝转移相关
结直肠癌（CRC）患者中，高表达TCF21的基质-肿瘤周细胞与血管周围细胞外基质（ECM）的重塑密切相关，这有助于肿瘤细胞的侵袭和转移。
研究发现，与没有肝转移的患者相比，有肝转移的CRC患者肿瘤组织中血管周围的胶原蛋白更加丰富，排列更加放射状，表明TCF21high基质-肿瘤周细胞在促进肿瘤微环境改变和转移中起着关键作用。
临床数据支持了基质-肿瘤周细胞中TCF21的高表达与血管周围ECM重塑和CRC肝转移正相关的结论，这为结直肠癌的诊断和治疗提供了新的生物标志物。
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