《Frontiers in Immunology》：Integrated single-cell and spatial transcriptomics reveal the differentiation drivers of gastric epithelial lineage progression
编辑推荐：
本研究通过整合单细胞RNA测序（scRNA-seq）与空间转录组学技术，系统解析了从慢性胃炎、肠上皮化生（IM）到胃癌（GC）的胃黏膜病变进程中细胞异质性、分化轨迹及通路动态。研究发现IM上皮是正常与恶性上皮谱系间的过渡状态，其特征是增强的WNT信号驱动肿瘤进展，而幽门螺杆菌（HP）感染通过激活NF-κB信号促进炎症相关癌变。关键基因UPP1（尿苷磷酸化酶1）在恶性及HP+上皮中持续上调，沿伪时间轨迹向癌样状态递增。空间定位与类器官实验证实UPP1高表达细胞具更高肠分化评分，其敲除可诱导WNT缺失环境下的IM样形态。临床分析显示UPP1在GC组织中高表达，与晚期TNM分期、不良预后及HP感染正相关，功能实验表明其敲低可抑制GC细胞系克隆形成与迁移。本研究揭示UPP1是连接HP驱动炎症与WNT介导上皮重编程的关键分子，为GC预后标志物与治疗靶点提供新依据。
引言
胃癌（GC）是全球癌症相关死亡的主要原因之一，其发生遵循Correa级联反应模式，从慢性胃炎进展为萎缩性胃炎（AG）、肠上皮化生（IM）、不典型增生直至浸润性癌。IM是肠型GC的关键组织学前体，幽门螺杆菌（HP）感染是此级联反应的始动因素，但连接炎症与恶性转化的分子介质尚不明确。胃上皮稳态由干细胞更新与谱系特异性分化平衡维持，慢性炎症通过细胞因子信号异常、干细胞过度增殖及谱系重编程破坏该平衡。WNT信号通路作为胃上皮干细胞命运的核心调控因子，在IM发生与维持中起重要作用。近年来单细胞与空间转录组学技术为解析胃癌发生中的分子事件提供新视角，但整合多组学数据与功能验证的研究仍匮乏。
单细胞转录组图谱揭示胃病变进展与HP感染的细胞异质性
研究对18例人胃黏膜样本（含6例AG、6例IM、6例GC，各包含3例HP+和3例HP-）进行scRNA-seq分析，鉴定出上皮细胞、成纤维细胞、免疫细胞等9类主要细胞群。随着病变进展（AG→IM→GC），上皮细胞比例逐渐下降，巨噬细胞显著增加。HP+样本呈现类似GC的细胞组成变化，提示HP感染模拟癌变微环境重塑。KEGG富集分析显示GC样本中WNT与Hedgehog通路激活，IM样本中黏着斑与胃酸分泌通路上调，而HP+样本中WNT信号、核糖体与糖酵解通路富集，凸显WNT通路在恶性转化中的核心地位。
伪时间轨迹揭示上皮细胞过渡态与UPP1上调
上皮细胞亚群分析识别出胃小凹黏液细胞（PMC）、颈黏液细胞、肠内分泌细胞等亚型。通过CytoTRACE分化潜能评估与Monocle3伪时间分析，发现PMC中存在高分化过渡细胞群，位于正常上皮向IM及肿瘤细胞转化的中间状态。UPP1表达沿伪时间轨迹向恶性表型递增，在IM与GC上皮集群中特异性高表达，且HP+样本中上调更显著，提示其作为肠型肿瘤进展的标志物。
空间转录组解析胃区域特异性分子特征
空间转录组学对GC组织进行区域注释，识别正常黏膜、IM、过渡区、淋巴聚集区与肿瘤区。关键标记基因如MUC5AC（胃上皮）、MUC2（IM）和CEACAM5（肿瘤）呈现空间特异性分布。CARD去卷积分析显示上皮细胞富集于黏膜与肿瘤区，免疫细胞定位于淋巴聚集区。KEGG分析提示肿瘤区细胞周期与化学致癌通路活跃，IM区脂肪酸降解通路上调。WNT通路活性在IM与肿瘤区最高，空间通讯网络分析揭示IM区作为信号发送者促进肿瘤区恶性转化。
WNT信号动态调控胃上皮分化
decoupleR通路评分显示NF-κB与WNT信号在IM与肿瘤区协同激活。WNT配体（WNT3A）、受体（LGR5/6）及R-spondin（RSPO2/3/4）在IM/肿瘤区特异性高表达。类器官实验表明，WNT缺失条件（WNT-）诱导类器官出现IM样形态（上皮增厚、空泡化），而WNT补充（WNT+）维持未分化增殖状态，证实WNT信号抑制肠分化进程。
UPP1与TP53协同调控IM发育
非负矩阵分解（NMF）识别上皮细胞四大元程序（MP）：上皮特征、细胞周期/干性、代谢、应激/炎症。代谢与应激MP在IM与肿瘤上皮中显著富集。TP53/UPP1双敲除（DKO）类器官呈现IM典型特征（MUC2/CDX2表达上调），而UPP1过表达增强肠分化表型，证实UPP1与TP53缺失协同驱动IM发生。
UPP1的临床意义与致癌功能
TCGA-STAD队列中UPP1在GC组织表达显著高于正常组织，且与晚期T（肿瘤浸润）、N（淋巴结转移）、M（远处转移）分期正相关，高表达患者总生存期缩短。免疫组化（IHC）显示UPP1在胃癌细胞质/膜高表达。功能上，UPP1敲低（siRNA）抑制AGS/HGC27细胞系克隆形成与迁移能力，证实其促癌作用。
UPP1促进胃类器官肠化生
胃类器官scRNA-seq中UPP1在IM样细胞集群高表达。Western blot验证UPP1蛋白在正常→IM→GC组织中递增。UPP1高表达细胞肠分化评分升高，胃分化评分降低。在WNT-条件下，UPP1敲除进一步增加IM样类器官比例，说明UPP1是WNT缺失环境中肠化生的驱动因子。
HP感染重塑上皮分化轨迹并诱导UPP1
HP+上皮伪时间分析显示细胞向神经内分泌（NE）与癌样上皮双路径分化，恶性路径（Path 2）中UPP1表达随伪时间推进上升。HP-样本分化程度较弱，提示HP感染加速上皮恶性转化。临床样本qPCR验证HP+组织UPP1 mRNA水平显著高于HP-组织。
讨论
本研究通过多组学整合揭示UPP1是连接HP炎症与WNT通路的核心分子，其通过代谢重编程（吡啶胺 salvage 途径）促进上皮肠分化与恶性转化。UPP1作为GC预后生物标志物与治疗靶点的潜力值得深入探索，未来需结合体内谱系追踪与类器官-免疫共培养模型解析其上下游网络，为胃癌早期干预提供新策略。
