背景和目的肝细胞肝癌（hepatocellular carcinoma,HCC）是世界范围内最常见的原发性恶性肿瘤之一。在我国,肝癌是第4位常见恶性肿瘤及第2位肿瘤致死病因,发病率和死亡率位居前列,对我国人民的生命和健康带来了严重威胁。在过去的15年中,肝癌的全身治疗方案取得了显著的进展,联合使用靶向药物、免疫检查点抑制剂和介入治疗提高了晚期肝癌患者的生存期。然而,虽然接受全身性药物治疗的患者生存期在逐渐改善,目前肝癌患者整体的预后情况依旧严峻,五年生存率不足20%,其高度的异质性是导致治疗失败的主要原因之一。因此,探索肝癌进展的潜在分子机制,以提供新的预后标志物及治疗靶点已经成为亟待解决的问题。肝脏是人体核心的代谢器官,承担了碳水化合物、蛋白质、脂质、胆汁酸、外源性化合物等物质合成代谢的诸多功能,对维持人体生理稳态起到了至关重要的作用。而代谢功能紊乱是肝癌最典型的特征之一,肝癌中代谢重编程在很早期的时候已经开始了,并且增加了其发病的危险。越来越多的研究显示,代谢重编程参与肿瘤获得性耐药、快速增殖、侵袭转移等诸多进程起到了重要作用。因此,探索肝癌发生代谢重排的机制具有重大的意义。单细胞测序技术、CRISPR/Cas9全基因组筛选、药物基因组学、多重免疫荧光等技术的发展,提供了以更高的通量和分辨率解析肿瘤异质性、探索驱动基因以及开发药物靶点的可能。本课题拟结合多种组学数据,解析肝癌发生发展进程中的细胞异质性,探索HCC进展的潜在分子机制,以提供新的预后标志物及治疗靶点。方法（1）通过DepMap数据库获取21种肝癌细胞系的CRISPR-Cas9全基因组遗传扰动数据,使用ADaM模型鉴定肝癌“背景依赖性基因”。（2）结合TCGA、ICGC等肝癌大队列数据进一步筛选具有预后意义“背景依赖性基因”,使用LASSO回归构建预后模型并将患者区分为高风险和低风险人群。使用一致性指数评价模型的预测能力。（3）利用GSEA、GSVA、超几何分布检验的方法探究不同风险人群的功能特征差异,并结合LIMORE数据库进行药物基因组学分析。（4）通过CNSA数据库获得肝癌单细胞测序数据集,使用Seurat包对其进行降维和无监督聚类分析,结合Monocle2和CopyKat算法重构肝癌的恶性进展轨迹和方向,并探究代谢特征与肿瘤进展的关系。（5）利用多重免疫荧光技术探究肝小叶区带性特征基因ALAD、PON1、FT CD在136例肝癌正常和配对组织中的表达趋势,并利用K-M生存分析评价肝小叶区带性特征对肝癌预后的预测能力。结果（1）ADaM模型鉴定出404个肝癌背景依赖性基因,功能富集分析提示这些基因主要参与细胞周期、细胞对激素刺激的反应、染色质重塑、TP53下游活性、VEGFA通路等肿瘤生存相关通路。（2）以TCGA队列为训练集,LASSO回归构建了 25个基因的预后模型。一致性指数在TCGA队列和ICGC队列中分别为0.80和0.71,说明模型具有良好的可信度。（3）GSVA分析显示,高低风险患者出现了显著的代谢重排现象,大多数的肝脏功能相关通路在高危组中被显著下调。GO分析结果证实丝氨酸/苏氨酸激酶活性是与风险评分最为相关的代谢通路。结合LIMORE药物敏感性分析提示,对于高危特征的人群,MEK激酶抑制剂曲美替尼具有潜在的治疗优势。（4）Monocle2和CopyKat算法的结合重塑了肝癌细胞的恶性进展轨迹,随着恶性程度的上调,基因组不稳定性和代谢重排发生显著的变化。肝脏正常代谢相关通路活性随单细胞水平的恶性进展而逐步下调。（5）ALAD、PON1、FTCD的表达可以良好的反映出肝小叶区带性特征变化。多重免疫荧光结果提示肝癌组织中,肝小叶内区带特征发生了紊乱。肝小叶内区带特征可以用于评估肝癌的分化程度和患者的预后。结论（1）代谢紊乱程度越高,肝癌患者的生存期越短,对索拉非尼的响应程度越低。曲美替尼有望成为治疗索拉菲尼耐药癌患者的靶点。（2）单细胞测序可以重建肝癌的恶性进展轨迹,晚期肝癌细胞基因组不稳定性显著升高,具有更多的基因突变和拷贝数变异。（3）代谢紊乱贯穿肝癌恶性进展的始终,代谢重编程紊乱程度随着肝癌细胞的恶性程度的上升而逐渐上升。（4）肝小叶区带性是正常代谢的基础,伴随肝癌的发生发展,肝小叶的区带性逐渐发生紊乱,并随着晚期肝癌的去分化而最终完全丢失。（5）肝小叶的区带特征可以作为肝癌恶性程度的标志物。