综述：从实验室到手术室：在结直肠癌患者的精准手术中运用分子谱分析和单细胞技术

《Surgical Oncology》：From Laboratory Bench to Surgical Room: Molecular Profiling and Single-Cell Technologies in Precision Surgery for Colorectal Cancer Patients

结直肠癌（CRC）的分子异质性、液体活检及单细胞技术推动精准手术发展，整合基因组学、转录组学和组织微环境分析优化诊疗策略。

　　

Maria Teresa De Angelis|Gianluca Santamaria|Angela Amaddeo|Antonio Maria Iannello|Giuseppe Viglietto|Antonia Rizzuto

意大利卡坦扎罗“Magna Graecia”大学实验与临床医学系

摘要

结直肠癌（CRC）是全球主要的健康挑战之一，是导致癌症相关死亡的前三大原因之一。在过去十年中，分子肿瘤学、癌症遗传学和高分辨率单细胞技术的显著进展重塑了临床格局，改进了预后框架，并带来了新的治疗机会。CRC被认为是一种由多种途径驱动的异质性疾病，包括染色体不稳定（CIN）、微卫星不稳定（MSI）和CpG岛甲基化表型（CIMP）。通过全基因组测序，这些经典分类模型得到了扩展，从而能够识别出新的驱动突变、与环境暴露相关的突变特征以及具有转化意义的免疫逃逸机制。共识分子亚型（CMS）框架以及对肿瘤位置（侧别）重要性的日益认识，影响了患者的分层和系统性治疗选择。同时，液体活检技术和类器官平台改变了临床前建模和围手术期监测。在这一背景下，单细胞测序和空间多组学提供了前所未有的肿瘤内异质性、基质-免疫相互作用以及治疗过程中的克隆动态的分辨率，对外科肿瘤学具有直接意义。

本综述综合了CRC生物学的最新进展，强调了类器官和单细胞技术的转化应用，并讨论了它们在围手术期策略中的整合，以支持精准外科手术的概念。

这些进展日益将外科切除视为转化肿瘤学的最终整合步骤，其中分子分析和功能建模指导了患者的选择、手术时机和围手术期治疗策略。

引言

结直肠癌（CRC）是全球第三大常见恶性肿瘤，也是癌症相关死亡的第二大原因，每年新增病例近两百万例，死亡人数超过90万例[1]。尽管筛查和多模式治疗有所改进，但治疗效果仍然存在差异，尤其是在晚期疾病中。这种差异性给制定手术策略和预测术后复发带来了重大挑战。从外科肿瘤学的角度来看，这种异质性反映了无法仅通过解剖分期完全捕捉到的潜在生物学多样性。

大多数CRC病例是散发的，而一小部分病例由遗传综合征引起，如林奇综合征（遗传性非息肉病性结肠癌或HNPCC）和家族性腺瘤性息肉病（FAP）[2, 3]。值得注意的是，在高收入国家，年轻人群中的发病率正在上升，这一趋势突显了环境和遗传因素在CRC发病机制中的相互作用[4]。年轻患者发病率的增加对外科实践具有重要意义，特别是在手术时机、生育能力保留和根治性切除后的长期监测方面。在这种情况下，种系和体细胞分子检测的整合对于确定手术范围和长期随访策略变得越来越重要。

流行病学研究表明，饮食、肥胖、久坐生活方式、吸烟、饮酒和肠道微生物群改变是CRC的可改变风险因素[5, 6]。相反，使用阿司匹林、高纤维饮食和坚持筛查计划与CRC的保护作用有关。这些发现强调了预防和基于分子分析的治疗的重要性。对于外科医生来说，了解这些风险因素至关重要，因为它们不仅会影响疾病的发生，还会影响更关键的参数，如围手术期风险分层、术后恢复和长期随访计划。这些因素还可能通过系统性的代谢和炎症效应调节术后结果和复发风险。

部分内容

CRC的分子分类

历史上，CRC生物学被定义为腺瘤-癌变序列，其中APC、KRAS和TP53的逐步突变驱动恶性转化[7]。

APC突变常常引发癌变，在大约60%的结肠癌中存在。野生型APC与β-连环蛋白结合并负调控Wnt信号通路。APC突变导致该通路的异常激活，进而扰乱细胞生长、凋亡和分化。

CRC的转录分类和基因组复杂性

这一模型几十年来一直主导着该领域的研究。然而，随着下一代测序和转录组技术的普及，CRC被证明是由具有不同分子特征的多种疾病组成的，这些疾病具有不同的信号通路、免疫特征和临床表现。显然，这种多样性需要一种更精细的分类方法，整合多维数据。

CRC中的肿瘤位置和分子多样性

肿瘤侧别的临床意义已成为预后和治疗决策的关键决定因素之一，进一步增加了CRC分类的复杂性。长期以来观察到右侧和左侧肿瘤在预后和临床表现上的显著差异，现在已在分子水平上得到部分解释，为临床结果提供了机制上的见解。

因此，肿瘤侧别已成为分子分类的补充变量。

患者来源类器官（PDOs）的作用

最近，功能性建模平台的出现为转化研究开辟了新的途径，超越了CRC的描述性分类。传统的二维（2D）培养细胞系和球状细胞虽然提供了有关CRC生物学的宝贵见解，但无法捕捉肿瘤微环境的固有复杂性和异质性。为了克服这些限制，三维（3D）培养系统，特别是患者来源的类器官，提供了更全面的信息。

肿瘤微环境的作用

这种侵袭性行为的主要决定因素是肿瘤微环境（TME），这是一个由基质细胞、免疫细胞、细胞外基质（ECM）和可溶性介质组成的复杂且异质的生态系统，它们与恶性上皮细胞动态相互作用。在这种相互作用中，上皮-间充质转化（EMT）是CRC细胞获得运动能力、侵袭性、干细胞样特性以及对化疗和放疗的强大抵抗力的关键机制。

单细胞技术的作用

单细胞测序技术和空间分析技术通过实现细胞多样性、动态细胞状态以及肿瘤-免疫-基质相互作用的高分辨率表征，彻底改变了CRC生物学的研究[77, 78]。与平均化异质细胞群体信号的大规模转录组方法不同，单细胞转录组和多组学分析能够捕捉到罕见细胞状态、调控程序和驱动表型可塑性的因素。

液体活检和ctDNA的作用

传统的结肠镜检查和组织活检虽然有效，但具有侵入性、成本高，并且在监测疾病进展和/或肿瘤异质性方面存在局限性。在这种情况下，液体活检作为一种强大的补充方法，可以在血液和其他体液中检测到肿瘤衍生物质。液体活检是一种微创的方法，可以持续监测疾病生物学变化，而不仅仅是在单一手术时间点。

液体活检分析的关键组成部分

CRC中的精准手术：迈向生物学指导的手术概念

CRC中的精准手术代表了从解剖学标准化程序向生物学个性化手术决策的概念转变。诸如完全结肠系膜切除（CME）、腹会阴切除（APR）和经肛门局部切除（包括经肛门内镜显微手术TEM）等技术，是基于解剖和病理学定义的扩散模式来最大化肿瘤学根治性的。

结论

CRC凸显了将分子异质性转化为实际临床益处的复杂性，同时也展示了肿瘤生物学和转化技术的最新进展所带来的机遇。基因组学和转录组分析、PDO建模、液体活检以及单细胞和空间分析等一系列生物分子技术的进步，加强了当前的风险分层、系统性治疗选择和手术规划框架。

CRediT作者贡献声明

Maria Teresa De Angelis：撰写——原始草稿，数据管理。Giuseppe Viglietto：撰写——审稿与编辑，监督，资金获取，概念化。Gianluca Santamaria：撰写——原始草稿，数据管理。Antonio Maria Iannello：撰写——审稿与编辑。Angela Amaddeo：撰写——审稿与编辑。Antonia Rizzuto：撰写——审稿与编辑，监督，概念化

知情同意

不适用。

数据可用性声明

不适用。

伦理批准

本研究遵循《赫尔辛基宣言》进行。由于本研究不涉及任何干预或个人数据的收集，因此未获得伦理批准。数据集可自由获取，不包含个人相关数据。

利益冲突声明

作者声明本文无利益冲突。

资金来源

本研究得到了PNRR项目代码的支持。CN00000041 - 国家RNA技术基因治疗和药物中心（CN RNA & Gene Therapy）对G.V.和CUP F63C22000290006；FaPerME项目 - POS轨迹线3.1对G.V.和A.R.，CUP H53C22000640006；PRIN 2020项目代码20209KYY7_003对G.V.，CUP F53D2300600000；PRIN 2022项目代码2022KT2HBJ对G.S.，CUP F53D2300093001；PRIN 2022项目代码P2022NLEBP对G.S.，CUP F53D23008770001。

致谢

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