空间多组学解码肿瘤微环境，引领精准治疗新纪元
编者按：
在肿瘤研究的前沿战场上，空间多组学技术正掀起一场革命。传统方法只能提供细胞类型的“快照”，而空间多组学技术则为我们打开了一扇通往微观世界的窗户，让我们能够以前所未有的精度和深度，观察肿瘤微环境中成纤维细胞和其他关键细胞类型的空间分布及其复杂的相互作用。今天小编用一篇使用空间多组学技术的头颈部鳞状细胞癌研究文献，向老师们介绍如何使用这项技术剖析细胞亚群的特征和调控机制，找到隐藏在复杂微环境中的关键靶点，从而提高治疗效果，改善患者预后。
研究背景
头颈部鳞状细胞癌（HNSCC）的肿瘤微环境（TME）包含多种成纤维细胞亚群，影响肿瘤进展和免疫反应。HPV阳性的HNSCC通常具有富含淋巴细胞的免疫热型微环境，提示成纤维细胞在免疫调节中的重要作用。通过单细胞和空间转录组技术，本研究识别出不同成纤维细胞亚群及其与免疫细胞的相互作用。此外，构建了一个泛癌成纤维细胞图谱（PCFA），揭示了不同癌症类型中成纤维细胞的共性和特性。
文章详情
文章题目：Single cell and spatial analysis of immunehot and immune-cold tumours identifies fibroblast subtypes associated with distinct immunological niches and positive immunotherapy response
中文题目：免疫热肿瘤和免疫冷肿瘤的单细胞和空间分析确定了与不同免疫学环境和阳性免疫治疗反应相关的成纤维细胞亚型
发表时间：2025.01
期刊名称：Molecular Cancer
影响因子：27.7
实验平台：10x单细胞转录组测序+10x空间转录组测序
DOI：10.1186/s12943-024-02191-9
研究结果
1.HPV 阳性 HNSCC 通常具有免疫热型肿瘤微环境
研究者使用单细胞RNA测序（scRNA-Seq）、空间转录组分析和多重免疫荧光染色等技术，分析了未经治疗的HNSCC样本（包括HPV阳性和阴性病例）。结果显示，HPV阳性的HNSCC样本中存在更多的CD8+T细胞、CD4+T细胞和B细胞，证实了HPV阳性肿瘤通常具有一个富含淋巴细胞的免疫热型微环境。尽管大多数HPV阳性的肿瘤表现出免疫热型特征，但也有一部分HPV阳性的肿瘤具有较低的肿瘤浸润淋巴细胞（TIL），这些患者的生存率较差。此部分的研究揭示了HPV状态对肿瘤免疫微环境的影响。
Fig.1 HPV+ve HNSCC 通常具有免疫热肿瘤微环境
2.成纤维细胞亚群的表型特征及其调控机制
为了理解HNSCC中成纤维细胞的异质性，研究者进行了全面的空间多组学分析。结果显示，HNSCC中存在多种成纤维细胞亚群，如肌成纤维细胞（myCAF）、炎症性CAF（iCAF）和FRC样成纤维细胞。这些亚群在免疫热型和免疫冷型肿瘤中分布不同，并具有独特的细胞因子谱和调控机制。FRC样成纤维细胞富集于免疫热型肿瘤，促进淋巴细胞功能；而iCAF则在免疫冷型肿瘤中更为常见，促进髓系细胞招募。研究还揭示了NF-κB、IL-1β和TNF-α信号通路对不同成纤维细胞亚群的调控作用，强调了它们在肿瘤微环境中扮演的不同角色。
Fig.2 HNSCC的scRNA-Seq揭示了免疫调节成纤维细胞的独特亚群
3.FRC样成纤维细胞在三级淋巴结构中的定位及调控
研究发现，FRC样成纤维细胞定位于三级淋巴结构（TLS）内，与B细胞和CD4+T细胞共定位，支持适应性免疫反应。LTβR信号通路在FRC样成纤维细胞的发育和维持中起关键作用，激活该通路可促进TLS形成并增强抗肿瘤免疫反应。阻断LTβR信号通路会减少FRC样成纤维细胞数量和TLS功能，削弱免疫反应。LTβR信号通路是调控FRC样成纤维细胞的关键路径，可能成为改善肿瘤免疫治疗效果的新靶点。
Fig.3 FRC样成纤维细胞与B细胞和CD4+T 细胞共定位，位于TLS内并通过LTβR信号传导进行调节
4.iCAF 与炎症细胞的相互作用及其调控机制
研究揭示了iCAF与炎症性单核细胞和中性粒细胞在肿瘤微环境中共定位的现象。iCAF表达高水平的炎症细胞因子，如IL11、IL6和CXCL8，吸引并激活单核细胞和中性粒细胞，促进炎症反应和肿瘤进展。IL-1β和TNF-α信号通路在iCAF的激活和维持中起重要作用，上调促炎基因表达。阻断这两个信号通路会减少iCAF的数量和活性，减弱炎症反应。这表明，IL-1β和TNF-α信号通路是调控iCAF的重要路径，可能成为干预炎症性肿瘤微环境的新策略。
Fig.4 iCAF与炎性单核细胞和中性粒细胞共定位，并通过IL-1β和TNF-α信号传导进行调节
5.泛癌成纤维细胞分析揭示保守和半保守的炎症性成纤维细胞表型
通过构建涵盖七种癌症类型的泛癌成纤维细胞图谱（PCFA），研究者发现不同癌症类型中存在广泛的保守和组织特异性成纤维细胞亚群。例如，myCAF是最常见的CAF亚群，在几乎所有肿瘤类型中占优势；而IL11+CAF主要存在于HNSCC、结直肠癌和食管鳞状细胞癌中。此外，meCAF在胰腺癌中表现出较高频率。此部分揭示了不同癌症类型中成纤维细胞表型的共性和特性，为理解成纤维细胞在肿瘤微环境中的作用提供了新视角。
Fig.5 泛癌成纤维细胞分析确定了保守和半保守的炎症成纤维细胞表型
6.‘iCAF’特征基因集突显不同的正常成纤维细胞和 CAF 群体
通过对PDAC iCAF特征基因进行富集分析，研究者区分了不同成纤维细胞群体。结果显示，多个成纤维细胞亚群表达了iCAF标志物，但在不同癌症类型中表现各异。IGF1+CAF在多种癌症类型中普遍存在，且与PDAC和乳腺癌中的iCAF相似，而IL11+CAF更常见于胃肠道癌症中，并表现出更强的炎症特性。特征基因分析突显了不同成纤维细胞群体之间的差异，有助于更好地理解它们在肿瘤微环境中的独特作用。
Fig.6 “iCAF”特征基因突出了不同的正常成纤维细胞和CAF群体
7.FRC 样成纤维细胞在多种癌症中低频存在并与免疫治疗的积极反应相关
研究发现FRC样成纤维细胞在多种癌症中以低频率存在，但在头颈部、肺癌和其他一些癌症类型中相对丰富。FRC样成纤维细胞与三级淋巴结构（TLS）基因特征正相关，并与接受免疫检查点抑制剂治疗的患者更好的生存率相关。通过分析多个癌症类型的预处理样本，研究者确认了FRC样成纤维细胞的存在与更好的免疫治疗反应有关联。这部分研究揭示了FRC样成纤维细胞在免疫治疗中的潜在价值，为个性化医疗策略的发展提供了新方向。
Fig.7 FRC样成纤维细胞在癌症中出现的频率较低，并且与免疫疗法的积极反应相关
主要结论
本研究利用单细胞和空间转录组测序技术，剖析了HNSCC细胞亚群异质性，并分为免疫热型和免疫冷型（即人乳头瘤病毒[HPV]阳性和阴性的肿瘤）。研究识别出了六个成纤维细胞亚群，其中两个表现出免疫调节基因表达谱（IL-11+炎症性[i]CAF和CCL19+成纤维网状细胞[FRC]样）。IL-11+iCAF在空间上与炎症性单核细胞有关，并且在体外通过IL-1β和TNF-α对经典NF-κB信号通路的协同激活来调控。FRC-样细胞则在免疫热型HPV阳性肿瘤中富集，与三级淋巴结构中的CD4+T细胞和B细胞关联，并通过非经典的NF-κB信号通路由淋巴毒素调控。这些结果阐明并扩展了当前关于免疫调节性CAFs的认识，强调了它们与重要免疫微环境之间的联系。研究突显了两种特定类型的CAFs——一种是促炎性的，另一种与免疫支持结构相关，它们在不同类型的癌症中扮演着不同的角色，并且可能影响患者对免疫治疗的反应。
> 参考文献：
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.
