剖析癌症相关成纤维细胞（CAF）的空间异质性对于理解肿瘤生物学和治疗设计至关重要。

2025年1月28日，复旦大学樊嘉、高强、华大生命科学研究院吴奎、中国科学院神经科学研究所孙怡迪及周虎共同通讯在Cell Discovery 上在线发表题为“Stromal architecture and fibroblast subpopulations with opposing effects on outcomes in hepatocellular carcinoma”的研究论文，该研究通过将病理图像分析与空间蛋白质组学相结合，研究揭示了肝细胞癌（HCC）中具有不同生物学功能和细胞外基质组成的两种基质原型。

使用配对的单细胞RNA和与Stereo-seq的表观基因组测序，研究发现了两个成纤维细胞亚群CAF-FAP和CAF-C7，它们的空间富集与两种基质原型和相反的患者预后强相关。研究发现了两个功能单元，一个是以CAF-FAP加CD8_PDCD1为特征的肿瘤内炎症中心，另一个是CAF-C7和巨噬细胞SPP1共定位的边缘伤口愈合中心。与任何一种单一疗法相比，在原位HCC模型中抑制CAF-FAP联合抗PD-1导致肿瘤消退改善。总的来说，研究结果表明，基于定义的基质原型的HCC基质靶向策略，提出了CAFs根据空间环境改变其转录程序和细胞间对话的概念。

肝癌是一种高度致命的恶性肿瘤，即使是一线免疫检查点阻断剂（ICB）的疗效和反应持续时间也有限。值得注意的是，HCC通常发生在富含基质的环境中，80%-90%的患者存在肝纤维化继发于常见病因。占据肿瘤块的肿瘤内基质与HCC中的T细胞排斥和ICB疗效相关。考虑到成纤维细胞是基质结构和癌症相关成纤维细胞的组成部分，通过与肿瘤微环境（TME）中其他细胞类型的复杂串扰积极参与肿瘤进展，靶向CAF可能会增强当前免疫疗法的效果，这得到了两项临床试验的积累证据的支持和临床前模型。然而，由于目前对CAF生物多样性的了解有限，CAF在HCC中的治疗研究仍然未得到充分探索。同时，纤维化环（FR），周围的肿瘤块，也称为肿瘤包膜。据报道，在HCC中具有矛盾的预后作用。阐明空间上不同基质成分的生物学功能和调节机制可能为HCC的新治疗选择提供信息。

人们早就认识到，不同肿瘤亚区内免疫细胞的类型、密度和位置决定了多种癌症类型的患者预后和治疗效果。最近，成纤维细胞已成为次级淋巴器官以及TME内部免疫区室化的组织者。通过单细胞RNA测序（scRNA-seq），几个CAF亚群或面向CAF的空间中心已被确定为胰腺癌、结直肠癌和头颈癌中ICB反应的生物标志物。尽管最近的人类HCC scRNA-seq数据集捕获了肿瘤和非肿瘤组织成纤维细胞，很少有研究从HCC的不同肿瘤亚区获得CAF，尤其是肿瘤肝脏界面，阻碍了对具有空间信息的CAF亚群的全谱检测。

两种主要基质原型（FR⁺和 FR^‒）的示意图（图源自Cell Discovery ）

尖端的空间转录组学（ST）在保留空间坐标的同时捕获组织转录组，已被用于揭示成纤维细胞与其他具有空间偏好的肿瘤内成分之间的基本相互作用，这些成分控制着疾病进展和治疗反应。然而，scRNA-seq和ST都不可避免地会丢失影响CAF可塑性和免疫细胞定位的细胞外基质（ECM）谱。结合新兴的高分辨率ST技术，如空间增强增强分辨率组学测序（Stereo-seq）和空间蛋白质组学可能允许破译单细胞空间景观以及ECM组成，并可能补充对肿瘤基质免疫相互作用的最新理解。

在这里，研究应用了一种多模态方法来研究HCC的肿瘤-边缘-肝轴，确定了两种不同的间质原型（“FR+”的肿瘤周围有FR，“FR -”的肿瘤内有明显的间质但没有FR）。利用图像深度学习、空间增强分辨率组学测序（Stereo-seq）、单细胞/细胞核RNA测序和空间蛋白质组学，研究发现HCC中的两种基质原型具有不同的预后、免疫学和ECM特征。研究发现两个成纤维细胞亚群（CAF-FAP和CAF-C7）分别富集于肿瘤间质和周围的FRs，它们的空间平衡决定了临床结局。研究发现RUNX1和USF2分别是CAF-FAP和CAF-C7分化的潜在调节因子，并发现它们可能通过组织促炎和伤口愈合枢纽来重新连接TME。研究发现为HCC中CAFs的空间生物学提供了新的见解，提出了特定的CAF亚群符合其区域转录程序和细胞间相互作用的概念。

参考消息：

https://doi.org/10.1038/s41421-024-00747-z

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