芯空一号快讯 | CosMx SMI + GeoMx DSP空间多组学：解析NOTCH3驱动的免疫排斥机制，打开肝癌临床免疫治疗新靶点
一、研究背景
肝细胞癌（HCC）具有典型的纤维化背景和免疫排斥特征，其中CAF（癌相关成纤维细胞）被认为是调控肿瘤免疫微环境的关键因素。但CAF不同亚型如何在空间上组织、以及如何参与免疫抑制机制，缺乏系统性的解析。本研究基于空间多组学策略，构建HCC高分辨率空间图谱，重点解析血管–CAF互作如何驱动免疫排斥及免疫治疗耐受机制。
CosMx SMI空间转录组与GeoMx DSP空间蛋白的联合应用，可以在单细胞分辨率下精细定位关键细胞及其空间互作关系，并进一步验证其对应的蛋白表达与信号通路活性，从而实现对肿瘤微环境结构到功能的解析，为免疫治疗相关机制研究及潜在干预靶点的临床转化提供了直接证据。
二、技术路线
这篇文章的研究采用了空间转录组+空间蛋白+单细胞整合分析策略：
1.CosMx SMI（CosMx 1000 + 6000 panel）
覆盖45例患者，154个TMA
单细胞分辨率：构建HCC 37万+细胞空间图谱
2. GeoMx DSP空间蛋白（570-plex）
18例患者，共圈选95个ROI
提供ROI级蛋白表达、通路功能解析
scRNA-seq整合（ICB队列）
用于验证CAF亚群与免疫治疗响应关系
研究思路
三、核心结论
1．CosMx SMI揭示CAF空间分层结构，定义肿瘤免疫排斥的组织基础
首先，研究基于CosMx SMI空间转录组在单细胞分辨率下系统构建了HCC的空间细胞图谱，明确揭示了肿瘤微环境中CAF的空间异质性及其与免疫排斥的结构基础。结果显示，mCAFs主要富集于肿瘤核心区域，而iCAFs更多分布于邻近正常组织及肿瘤边界区域，不同CAF亚群呈现出明显的空间分层特征。空间邻域与共定位分析进一步发现，CAF与肿瘤细胞及血管结构高度共定位，而T细胞则明显被限制在肿瘤边缘区域，难以进入CAF富集的肿瘤核心区域，提示CAF主导的空间结构重塑可能构成阻碍免疫细胞浸润的关键物理与生物屏障。
肿瘤中存在免疫排斥区域
2. GeoMx DSP从蛋白功能层面验证CAF异质性，揭示纤维化与免疫状态分化
在此基础上，研究结合GeoMx DSP空间蛋白组对CosMx SMI定义的空间结构进行功能层面的验证与延伸，进一步揭示不同CAF亚群所对应的分子功能状态。GeoMx DSP结果显示，肿瘤核心区域富集的mCAFs呈现显著的ECM重塑与纤维化特征，相关蛋白及信号通路如TGF-β/BMP及胶原沉积显著上调，而邻近区域富集的iCAFs则表现出明显的炎症与免疫激活特征，包括趋化因子分泌及NF-κB相关信号增强。同时，在空间分区层面观察到肿瘤区域成纤维细胞比例显著升高而免疫细胞相对缺失，而邻近组织则呈现相反趋势，从蛋白功能层面印证了CosMx SMI所揭示的CAF主导的免疫排斥空间结构，实现了从空间结构到功能状态的直接关联。
CAFs极化和定位的空间多组学分析
3. CosMx SMI+GeoMx DSP锁定DLL4–NOTCH3轴，驱动免疫排斥并影响免疫治疗响应
进一步通过CosMx SMI与GeoMx DSP多组学整合分析，研究最终锁定了由毛细血管内皮来源DLL4与mCAF上NOTCH3受体构成的DLL4–NOTCH3信号轴，作为驱动CAF极化及免疫排斥的核心机制。CosMx SMI在空间上揭示了血管与mCAF的紧密邻近关系，GeoMx DSP在蛋白层面验证了相关信号通路的活性增强，而结合单细胞数据及临床队列分析进一步发现该轴在免疫治疗非响应患者中显著上调。功能实验也证实了，抑制NOTCH信号可有效降低mCAF分化、减少纤维化并促进CD8+ T细胞浸润，在动物模型中与抗PD-1治疗呈现显著协同作用。最终作者建立了血管信号驱动CAF极化—形成纤维化屏障—导致免疫排斥并影响治疗响应的完整机制链条。
血管-mCAF的信号轴形成了阻碍T细胞迁移的结构性免疫屏障
四、总结
本研究通过CosMx SMI与GeoMx DSP空间多组学联合应用，在单细胞空间结构解析与高通量蛋白功能验证之间建立了紧密衔接，系统揭示了肝细胞癌中由DLL4–NOTCH3轴驱动的血管–mCAF互作，导致纤维化屏障，最终形成免疫排斥的关键机制。进一步通过体内外实验验证其对免疫治疗响应的直接影响，明确该通路作为潜在干预靶点的临床价值。
CosMx SMI在该研究中主要用于高分辨率刻画细胞类型及空间组织结构，精准定位关键细胞互作关系，而GeoMx DSP则在特定空间区域内实现蛋白层面的定量检测与通路功能解析，从而完成从空间定位到功能机制的闭环验证。基于这些发现，空间蛋白信息进一步被证明具有明确的临床转化潜力。两者组合不仅弥补了单一技术在分辨率或功能解读上的局限，也为肿瘤微环境研究提供了结构发现到机制解析，再到靶点验证的标准化路径。
