空間多組學(xué)助力精準(zhǔn)治療領(lǐng)域腫瘤微環(huán)境研究
編者按：
在腫瘤研究的前沿戰(zhàn)場上，空間多組學(xué)技術(shù)正掀起一場革命。傳統(tǒng)方法只能提供細(xì)胞類型的“快照”，而空間多組學(xué)技術(shù)則為我們打開了一扇通往微觀世界的窗戶，讓我們能夠極高的精度和深度，觀察腫瘤微環(huán)境中成纖維細(xì)胞和其他關(guān)鍵細(xì)胞類型的空間分布及其復(fù)雜的相互作用。今天小編用一篇使用空間多組學(xué)技術(shù)的頭頸部鱗狀細(xì)胞癌研究文獻(xiàn)，向老師們介紹如何使用這項(xiàng)技術(shù)剖析細(xì)胞亞群的特征和調(diào)控機(jī)制，找到隱藏在復(fù)雜微環(huán)境中的關(guān)鍵靶點(diǎn)，從而提高治療效果，改善患者預(yù)后。
研究背景
頭頸部鱗狀細(xì)胞癌（HNSCC）的腫瘤微環(huán)境（TME）包含多種成纖維細(xì)胞亞群，影響腫瘤進(jìn)展和免疫反應(yīng)。HPV陽性的HNSCC通常具有富含淋巴細(xì)胞的免疫熱型微環(huán)境，提示成纖維細(xì)胞在免疫調(diào)節(jié)中的重要作用。通過單細(xì)胞和空間轉(zhuǎn)錄組技術(shù)，本研究識別出不同成纖維細(xì)胞亞群及其與免疫細(xì)胞的相互作用。此外，構(gòu)建了一個(gè)泛癌成纖維細(xì)胞圖譜（PCFA），揭示了不同癌癥類型中成纖維細(xì)胞的共性和特性。
文章詳情
文章題目：Single cell and spatial analysis of immunehot and immune-cold tumours identifies fibroblast subtypes associated with distinct immunological niches and positive immunotherapy response
中文題目：免疫熱腫瘤和免疫冷腫瘤的單細(xì)胞和空間分析確定了與不同免疫學(xué)環(huán)境和陽性免疫治療反應(yīng)相關(guān)的成纖維細(xì)胞亞型
發(fā)表時(shí)間：2025.01
期刊名稱：Molecular Cancer
影響因子：27.7
實(shí)驗(yàn)平臺：10x單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測序+10x空間轉(zhuǎn)錄組測序
DOI：10.1186/s12943-024-02191-9
研究結(jié)果
1. HPV 陽性 HNSCC 通常具有免疫熱型腫瘤微環(huán)境
研究者使用單細(xì)胞RNA測序（scRNA-Seq）、空間轉(zhuǎn)錄組分析和多重免疫熒光染色等技術(shù)，分析了未經(jīng)治療的HNSCC樣本（包括HPV陽性和陰性病例）。結(jié)果顯示，HPV陽性的HNSCC樣本中存在更多的CD8+T細(xì)胞、CD4+T細(xì)胞和B細(xì)胞，證實(shí)了HPV陽性腫瘤通常具有一個(gè)富含淋巴細(xì)胞的免疫熱型微環(huán)境。盡管大多數(shù)HPV陽性的腫瘤表現(xiàn)出免疫熱型特征，但也有一部分HPV陽性的腫瘤具有較低的腫瘤浸潤淋巴細(xì)胞（TIL），這些患者的生存率較差。此部分的研究揭示了HPV狀態(tài)對腫瘤免疫微環(huán)境的影響。
Fig.1 HPV+ve HNSCC 通常具有免疫熱腫瘤微環(huán)境2. 成纖維細(xì)胞亞群的表型特征及其調(diào)控機(jī)制
為了理解HNSCC中成纖維細(xì)胞的異質(zhì)性，研究者進(jìn)行了全面的空間多組學(xué)分析。結(jié)果顯示，HNSCC中存在多種成纖維細(xì)胞亞群，如肌成纖維細(xì)胞（myCAF）、炎癥性CAF（iCAF）和FRC樣成纖維細(xì)胞。這些亞群在免疫熱型和免疫冷型腫瘤中分布不同，并具有獨(dú)特的細(xì)胞因子譜和調(diào)控機(jī)制。FRC樣成纖維細(xì)胞富集于免疫熱型腫瘤，促進(jìn)淋巴細(xì)胞功能；而iCAF則在免疫冷型腫瘤中更為常見，促進(jìn)髓系細(xì)胞招募。研究還揭示了NF-κB、IL-1β和TNF-α信號通路對不同成纖維細(xì)胞亞群的調(diào)控作用，強(qiáng)調(diào)了它們在腫瘤微環(huán)境中扮演的不同角色。
Fig.2 HNSCC的scRNA-Seq揭示了免疫調(diào)節(jié)成纖維細(xì)胞的獨(dú)特亞群3. FRC樣成纖維細(xì)胞在三級淋巴結(jié)構(gòu)中的定位及調(diào)控
研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)RC樣成纖維細(xì)胞定位于三級淋巴結(jié)構(gòu)（TLS）內(nèi)，與B細(xì)胞和CD4+T細(xì)胞共定位，支持適應(yīng)性免疫反應(yīng)。LTβR信號通路在FRC樣成纖維細(xì)胞的發(fā)育和維持中起關(guān)鍵作用，激活該通路可促進(jìn)TLS形成并增強(qiáng)抗腫瘤免疫反應(yīng)。阻斷LTβR信號通路會減少FRC樣成纖維細(xì)胞數(shù)量和TLS功能，削弱免疫反應(yīng)。LTβR信號通路是調(diào)控FRC樣成纖維細(xì)胞的關(guān)鍵路徑，可能成為改善腫瘤免疫治療效果的新靶點(diǎn)。
Fig.3 FRC樣成纖維細(xì)胞與B細(xì)胞和CD4+T 細(xì)胞共定位，位于TLS內(nèi)并通過LTβR信號傳導(dǎo)進(jìn)行調(diào)節(jié)4. iCAF 與炎癥細(xì)胞的相互作用及其調(diào)控機(jī)制
研究揭示了iCAF與炎癥性單核細(xì)胞和中性粒細(xì)胞在腫瘤微環(huán)境中共定位的現(xiàn)象。iCAF表達(dá)高水平的炎癥細(xì)胞因子，如IL11、IL6和CXCL8，吸引并激活單核細(xì)胞和中性粒細(xì)胞，促進(jìn)炎癥反應(yīng)和腫瘤進(jìn)展。IL-1β和TNF-α信號通路在iCAF的激活和維持中起重要作用，上調(diào)促炎基因表達(dá)。阻斷這兩個(gè)信號通路會減少iCAF的數(shù)量和活性，減弱炎癥反應(yīng)。這表明，IL-1β和TNF-α信號通路是調(diào)控iCAF的重要路徑，可能成為干預(yù)炎癥性腫瘤微環(huán)境的新策略。
Fig.4 iCAF與炎性單核細(xì)胞和中性粒細(xì)胞共定位，并通過IL-1β和TNF-α信號傳導(dǎo)進(jìn)行調(diào)節(jié)5. 泛癌成纖維細(xì)胞分析揭示保守和半保守的炎癥性成纖維細(xì)胞表型
通過構(gòu)建涵蓋七種癌癥類型的泛癌成纖維細(xì)胞圖譜（PCFA），研究者發(fā)現(xiàn)不同癌癥類型中存在廣泛的保守和組織特異性成纖維細(xì)胞亞群。例如，myCAF是最常見的CAF亞群，在幾乎所有腫瘤類型中占優(yōu)勢；而IL11+CAF主要存在于HNSCC、結(jié)直腸癌和食管鱗狀細(xì)胞癌中。此外，meCAF在胰腺癌中表現(xiàn)出較高頻率。此部分揭示了不同癌癥類型中成纖維細(xì)胞表型的共性和特性，為理解成纖維細(xì)胞在腫瘤微環(huán)境中的作用提供了新視角。
Fig.5 泛癌成纖維細(xì)胞分析確定了保守和半保守的炎癥成纖維細(xì)胞表型6.‘iCAF’特征基因集突顯不同的正常成纖維細(xì)胞和 CAF 群體
通過對PDAC iCAF特征基因進(jìn)行富集分析，研究者區(qū)分了不同成纖維細(xì)胞群體。結(jié)果顯示，多個(gè)成纖維細(xì)胞亞群表達(dá)了iCAF標(biāo)志物，但在不同癌癥類型中表現(xiàn)各異。IGF1+CAF在多種癌癥類型中普遍存在，且與PDAC和乳腺癌中的iCAF相似，而IL11+CAF更常見于胃腸道癌癥中，并表現(xiàn)出更強(qiáng)的炎癥特性。特征基因分析突顯了不同成纖維細(xì)胞群體之間的差異，有助于更好地理解它們在腫瘤微環(huán)境中的獨(dú)特作用。
Fig.6 “iCAF”特征基因突出了不同的正常成纖維細(xì)胞和CAF群體7. FRC 樣成纖維細(xì)胞在多種癌癥中低頻存在并與免疫治療的積極反應(yīng)相關(guān)
研究發(fā)現(xiàn)FRC樣成纖維細(xì)胞在多種癌癥中以低頻率存在，但在頭頸部、肺癌和其他一些癌癥類型中相對豐富。FRC樣成纖維細(xì)胞與三級淋巴結(jié)構(gòu)（TLS）基因特征正相關(guān)，并與接受免疫檢查點(diǎn)抑制劑治療的患者更好的生存率相關(guān)。通過分析多個(gè)癌癥類型的預(yù)處理樣本，研究者確認(rèn)了FRC樣成纖維細(xì)胞的存在與更好的免疫治療反應(yīng)有關(guān)聯(lián)。這部分研究揭示了FRC樣成纖維細(xì)胞在免疫治療中的潛在價(jià)值，為個(gè)性化醫(yī)療策略的發(fā)展提供了新方向。
Fig.7 FRC樣成纖維細(xì)胞在癌癥中出現(xiàn)的頻率較低，并且與免疫療法的積極反應(yīng)相關(guān)主要結(jié)論
本研究利用單細(xì)胞和空間轉(zhuǎn)錄組測序技術(shù)，剖析了HNSCC細(xì)胞亞群異質(zhì)性，并分為免疫熱型和免疫冷型（即人乳頭瘤病毒[HPV]陽性和陰性的腫瘤）。研究識別出了六個(gè)成纖維細(xì)胞亞群，其中兩個(gè)表現(xiàn)出免疫調(diào)節(jié)基因表達(dá)譜（IL-11+炎癥性[i]CAF和CCL19+成纖維網(wǎng)狀細(xì)胞[FRC]樣）。IL-11+iCAF在空間上與炎癥性單核細(xì)胞有關(guān)，并且在體外通過IL-1β和TNF-α對經(jīng)典NF-κB信號通路的協(xié)同激活來調(diào)控。FRC-樣細(xì)胞則在免疫熱型HPV陽性腫瘤中富集，與三級淋巴結(jié)構(gòu)中的CD4+T細(xì)胞和B細(xì)胞關(guān)聯(lián)，并通過非經(jīng)典的NF-κB信號通路由淋巴毒素調(diào)控。這些結(jié)果闡明并擴(kuò)展了當(dāng)前關(guān)于免疫調(diào)節(jié)性CAFs的認(rèn)識，強(qiáng)調(diào)了它們與重要免疫微環(huán)境之間的聯(lián)系。研究突顯了兩種特定類型的CAFs——一種是促炎性的，另一種與免疫支持結(jié)構(gòu)相關(guān)，它們在不同類型的癌癥中扮演著不同的角色，并且可能影響患者對免疫治療的反應(yīng)。
> 參考文獻(xiàn)：
Jenkins, Benjamin H et al. “Single cell and spatial analysis of immune-hot and immune-cold tumours identifies fibroblast subtypes associated with distinct immunological niches and positive immunotherapy response.” Molecular cancer vol. 24,1 3. 6 Jan. 2025.
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