时空多组学解析胃癌早期演进：NAD依赖的免疫抑制微环境触发机制与干预策略

本研究通过整合空间多模态数据与人工智能模型，首次揭示早期胃癌（EGC）启动的关键转折点PMC_P区域，该区域以免疫抑制微环境为特征，并发现炎症性隐窝黏液细胞（PMC_2）通过NAMPT→ITGA5/ITGB1和AREG→EGFR/ERBB2信号轴与成纤维细胞和巨噬细胞互作，驱动癌变起始。研究在临床样本、类器官及转基因小鼠模型中验证靶向干预NAMPT/AREG可逆转免疫抑制并阻断恶性转化，为EGC早期诊断和精准防治提供新策略。

引言

胃癌（GC）是全球第五大常见恶性肿瘤和第三大癌症相关死亡原因，其发生遵循Correa级联模型（正常黏膜→慢性胃炎→萎缩性胃炎→肠上皮化生（IM）→异型增生→癌变）。IM作为早期胃癌（EGC）的关键癌前病变，年进展风险达0.25%，但针对癌前病变的有效干预策略仍极度缺乏。既往研究多基于不同患者来源的片段化样本重建肿瘤演化过程，难以揭示同一微环境内时空连续的动态机制。本研究利用内镜黏膜下剥离术（ESD）标本的空间连续性，结合人工智能驱动的单细胞RNA测序（scRNA-seq）和空间转录组学（ST），首次绘制了EGC从正常黏膜到癌变的连续演化图谱。

结果

ESD标本的时空异质性图谱

研究纳入9例EGC患者的ESD标本，涵盖正常（N）、IM和肿瘤（T）区域。通过10X Genomics Visium技术对8例样本进行ST分析，scRNA-seq检测4例样本的16839个细胞，鉴定出12种主要细胞类型，包括上皮细胞、B细胞、T细胞、髓系细胞等。ST数据通过stMVC算法整合基因表达、空间位置和H&E图像信息，识别出20个组织学区域，并构建了从正常到癌变的轨迹（如P1样本：簇12/8→簇11→簇6→簇16→簇1）。细胞类型比例分析显示，IM和癌区具有更高异质性，且IM的细胞组成更接近癌区。

上皮细胞亚型在EGC进展中的作用

上皮细胞亚群分析鉴定出9个亚型：GMC（表达MUC6、PGC）、PMC_1（GKN1、TFF1）、肠内分泌细胞（CHGA、GAST）、肠细胞（FABP1/2）、杯状细胞（ILTN1）、增殖细胞（PC，PRR11、MKI67）、癌细胞（CCK）、metaplastic stem-like细胞（MSC，OLFM4）和PMC_2（高表达IL1B、ITGA2、PHLDA1）。功能分析显示PMC_2细胞活跃于IL-10、MAPK、NFκB等信号通路。拷贝数变异（CNV）分析表明PMC_2较PMC_1具有更高CNV负荷，提示其癌变关联性。伪时间轨迹分析揭示PMC_1→PMC_2→癌细胞的分化路径。

PMC_P：EGC启动的临界状态

ST数据鉴定出6个上皮细胞空间群：正常、GMC_P、IM、PMC_P、Pro_T和肿瘤。PMC_P作为癌前临界状态，特征性高表达COL3A1、SLC5A5、AKR1B10等基因，且其标志基因表达与患者不良预后相关（TCGA数据验证）。通路富集显示PMC_P区域激活凋亡、EMT、JAK-STAT等通路。PMC_2细胞在PMC_P区域显著富集，并通过mIHC验证其标志物ITGA2的表达梯度（N < IM < PMC_P < T）。该区域免疫抑制分子（PDCD1、CD274、IDO1等）上调和免疫细胞浸润，形成免疫逃逸微环境。

PMC_2-巨噬细胞/成纤维细胞互作通过AREG-EGFR和NAMPT-ITGA5/ITGB1轴

Gini指数分析鉴定PMC_P特异性分泌蛋白（AREG、IL1B、NAMPT等）。CellChat和stKeep工具揭示PMC_P内核心配体-受体对：AREG→EGFR/ERBB2和NAMPT→ITGA5/ITGB1。scRNA-seq显示AREG主要来源于髓系细胞（巨噬细胞），NAMPT来源于PMC_2，ITGA5/ITGB1表达于基质细胞。mIHC证实PMC_P区域存在AREG+巨噬细胞与EGFR+ERBB2+PMC_2细胞、NAMPT+PMC_2细胞与ITGA5+ITGB1+成纤维细胞的共定位。巨噬细胞亚型分析显示M1型巨噬细胞是AREG的主要来源。

AREG和NAMPT促进癌前细胞恶性转化

成功建立原代癌前胃上皮细胞（Pre-EGC）和类器官模型。M1巨噬细胞分泌AREG促进Pre-EGC增殖（CCK-8验证），并上调EGFR、ERBB2和PD-L1表达。NAMPT处理通过ITGA5/ITGB1激活成纤维细胞，诱导CAF标志物（FAP、α-SMA）表达，并促进Pre-EGC增殖和PD-L1上调。类器官实验证实AREG（200 ng/ml）和NAMPT（100 ng/ml）处理增加类器官活性和大小，并诱导E-cadherin下调（EMT标志）。

靶向NAMPT/AREG的干预策略

在CEA-SV40转基因小鼠模型中，抗AREG抗体和FK866（NAMPT抑制剂）单药或联合治疗显著降低癌变概率（从未治疗组100%降至联合组50%），并抑制NFκB、JAK-STAT、MAPK通路活性和PD-L1表达。Western blot验证AREG/NAMPT处理上调Pre-EGC中p-STAT1、p-p38和p-p65水平。免疫组化显示治疗组PMC_2标志ITGA2和成纤维细胞标志Vimentin表达降低。

讨论

本研究通过空间多组学技术发现PMC_P作为EGC启动的临界微环境，其中PMC_2细胞通过AREG-EGFR/ERBB2（巨噬细胞来源）和NAMPT-ITGA5/ITGB1（成纤维细胞激活）双信号轴驱动癌变，并重塑免疫抑制微环境。靶向干预上述轴可阻断恶性转化，为EGC早期防治提供新策略（如FK866的临床转化潜力）。未来需整合三维基因组和空间代谢组学进一步解析PMC_P的表观遗传调控机制。