芯空一号快讯 | CosMx SMI联合GeoMx DSP 570蛋白揭示肝癌TACE耐药新机制
肝细胞癌（HCC）是最常见的原发性肝脏恶性肿瘤。经动脉化疗栓塞术（TACE）通过阻断肿瘤血供诱导缺血性坏死，是中期HCC的重要治疗手段。然而，TACE在饿死肿瘤的同时，也会造成持续缺氧并重新塑造肿瘤微环境，部分残存肿瘤由此形成治疗抵抗，成为限制TACE长期疗效的重要问题。
已有单细胞研究发现，TACE治疗后肿瘤相关巨噬细胞、CD8⁺ T细胞等免疫群体发生明显改变，但细胞组成的变化并不能回答这些细胞在组织中出现在哪里、聚集在哪里，又与周围哪些细胞形成了怎样的空间关系。尤其是TACE直接改变肿瘤局部血供和缺氧状态，其影响具有明显的空间异质性，因此需要在保留组织原位信息的基础上进一步在空间分辨率上解析治疗后的微环境重塑。
近日，在 Experimental Hematology & Oncology 发表的研究，采用空间多组学策略，重点结CosMx SMI空间转录组与GeoMx DSP空间蛋白组，并辅以单细胞RNA测序、多重免疫荧光和体外实验等技术，系统描绘TACE治疗后的HCC空间微环境。研究最终将目光锁定在缺氧区域富集的促纤维化SPP1⁺巨噬细胞：TACE诱导的缺氧与该细胞群在肿瘤核心的积累和功能激活密切相关，并进一步通过细胞外基质重塑形成促纤维化、免疫排斥的空间生态，参与TACE抵抗。
研究设计：空间多组学解析TACE后的肿瘤微环境
研究整合了多个不同层面的数据。在单细胞层面，研究纳入公开的TACE相关scRNA-seq数据，包括5例TACE治疗前和5例TACE治疗后的HCC样本。
空间转录组队列则包括7例未经治疗和9例TACE治疗后样本，并采用 CosMx SMI 1000-gene panel进行单细胞空间转录组分析。与此同时，其中4例未经治疗和5例TACE治疗后的样本进一步进行了GeoMx DSP空间蛋白组分析。
研究还利用5例TACE响应者和5例非响应者进行14-plex多重免疫荧光验证，并整合多个bulk转录组数据，以三个回顾性临床队列进行进一步验证。
由此，研究形成了从单细胞发现 → 空间定位 → 蛋白层面验证 → 多重免疫荧光验证 → 临床队列验证的多层次研究框架。
主要结论
01 TACE重塑HCC免疫微环境，并锁定与治疗抵抗相关的SPP1⁺巨噬细胞
首先通过单细胞转录组分析发现，TACE治疗后HCC肿瘤微环境发生明显的免疫重塑。髓系细胞整体扩增，其中Macro_C2_SPP1亚群在治疗后富集；与此同时，树突状细胞减少，主要效应CD8⁺ T细胞出现PDCD1、LAG3表达升高以及细胞毒性和活化能力下降，提示TACE治疗后形成了更加免疫抑制、T细胞功能受损的微环境。
在此基础上，作者进一步整合多个队列，发现Macro_C2_SPP1不仅与较差总体生存相关，还显著富集于TACE非响应者，并与治疗后复发相关。XGBoost模型中，Macro_C2_SPP1也是预测TACE非响应最重要的细胞亚群之一。由此，研究将SPP1⁺ TAM确定为后续空间和机制分析的核心细胞群。
TACE治疗后HCC中SPP1+巨噬细胞预后价值的鉴定与验证
02 SMI空间转录组揭示TACE后的细胞空间重塑及SPP1⁺巨噬细胞富集
利用CosMx SMI空间转录组对未经治疗和TACE治疗后的HCC组织进行单细胞空间解析。结果显示，不同细胞群在肿瘤核心、侵袭边界和瘤周区域呈现明显的空间异质性；TACE治疗后，肿瘤区域中CD8⁺耗竭T细胞、Tregs、毛细血管、周细胞和vCAFs增加，呈现免疫抑制和促血管生成的微环境特征。
进一步聚焦巨噬细胞发现，SPP1⁺巨噬细胞优先分布于肿瘤核心，并在TACE治疗后明显增加。与此同时，缺氧信号呈现由瘤周向肿瘤核心逐渐增强的空间梯度，并在TACE治疗后进一步加剧；空间原位分析显示，SPP1⁺巨噬细胞与高缺氧区域发生明显空间共定位，提示其治疗后积累与局部缺氧微环境密切相关。
TACE诱导的HCC中空间结构重塑
03 DSP空间蛋白组验证TACE后的缺氧及SPP1⁺巨噬细胞促纤维化特征
在空间转录组发现的基础上，进一步利用GeoMx DSP空间蛋白组从蛋白层面对TACE后的微环境变化进行验证。分析显示免疫细胞主要富集于瘤周区域，而纤维化基质更多分布于肿瘤区域；与未经治疗组织相比，TACE治疗后的肿瘤区域存在明显的差异蛋白表达，并显著富集缺氧相关信号通路。
进一步整合SMI、单细胞转录组与DSP结果发现，SPP1⁺巨噬细胞中SPP1、FN1、LGALS3、ITGB1和LDHA 等促纤维化及缺氧诱导糖酵解相关分子一致升高，DSP进一步验证这些蛋白在TACE治疗后的肿瘤核心区域升高。结合缺氧表型评分及转录因子分析，研究提示HIF1A可能是该细胞亚群的重要调控因子，从转录和蛋白层面共同支持了TACE诱导缺氧与SPP1⁺巨噬细胞促纤维化功能激活之间的关联。
TACE会加剧肿瘤核心区域的缺氧状态并募集SPP1+巨噬细胞
04 SPP1⁺ TAM通过FN1相关促纤维化niche促进免疫逃逸和TACE抵抗
进一步的空间niche分析发现，由SPP1⁺巨噬细胞、T细胞、DC及肿瘤细胞等组成的niche 在TACE治疗后的肿瘤区和侵袭边界富集。细胞通讯分析显示，SPP1⁺巨噬细胞与T细胞之间的FN1-CD44相互作用增强，提示其可能通过细胞外基质重塑参与促纤维化、免疫抑制空间微环境的形成。
机制实验进一步显示，TACE抵抗相关SPP1⁺巨噬细胞具有FN1和LGALS3高表达特征；敲低FN1可降低LGALS3表达，并部分恢复缺氧条件下受抑制的CD8⁺ T细胞细胞毒功能，提示FN1相关促纤维化程序可能参与免疫抑制。最后，14-plex多重免疫荧光及临床队列验证显示，FN1⁺SPP1⁺PDCD1⁺ M2巨噬细胞在TACE非响应者中富集，进一步支持SPP1⁺ TAM与TACE抵抗之间的关联。
FN1⁺/SPP1⁺巨噬细胞可能介导免疫逃逸及TACE耐药性
文章总结
这项研究通过单细胞转录组、CosMx SMI空间转录组、GeoMx DSP空间蛋白组及多重免疫荧光等多层次数据，描绘了HCC接受TACE治疗后的空间微环境重塑，并建立了一条较为完整的机制链：
TACE诱导缺氧
SPP1⁺ TAM富集和促纤维化功能极化
FN1等ECM相关分子增加
形成纤维化空间niche
限制T细胞浸润和活化
促进免疫逃逸和TACE抵抗
SPP1⁺ TAM及其相关的FN1-LGALS3通路为TACE疗效分层及潜在联合治疗策略提供了新的研究方向。
技术点评：CosMx SMI + GeoMx DSP：从空间定位走向功能验证
从空间多组学角度来看，这项研究的一个亮点在于CosMx SMI空间转录组与GeoMx DSP空间蛋白组的互补应用，以及多重免疫荧光的原位验证。
CosMx SMI以单细胞分辨率保留组织空间结构，用于解析细胞状态、组织结构与细胞互作，本研究正是借此定位了TACE后SPP1⁺ TAM的空间富集及其与缺氧区域、免疫细胞和纤维化niche的关系。GeoMx DSP则可针对病理定义的特定空间区域进行多重蛋白定量，从另一分子层级验证肿瘤核心等关键区域的缺氧及促纤维化特征。两种技术结合，实现了从单细胞空间发现到区域蛋白功能验证的证据衔接。
对于肿瘤治疗响应、耐药及微环境研究，这种SMI精细解析细胞空间生+ DSP验证区域功能表型的组合，可以在同一研究框架下兼顾细胞分辨率与蛋白功能信息，为空间多组学机制研究提供更加完整的技术路径。
