(Research)泛癌单细胞分析揭示肿瘤微环境中癌相关成纤维细胞的异质性和可塑性

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泛癌单细胞分析揭示肿瘤微环境中癌相关成纤维细胞的异质性和可塑性（Nat Commun，IF：17.694）， 原文链接: https://www.nature.com/articles/s41467-022-34395-2 摘要：本研究对 10 种实体癌类型的 226 个样本进行泛癌分析，以单细胞分辨率分析 TME，说明异质癌症相关成纤维细胞 (CAF) 的共性/可塑性

缩写

CAF：肿瘤相关成纤维细胞 NF：正常成纤维细胞 ECM：胞外基质 TME：肿瘤微环境 TAM：肿瘤相关巨噬细胞

背景

恶性肿瘤细胞与其环境中的其他细胞共同组成肿瘤微环境（TME），TME 与肿瘤细胞相互影响并促进肿瘤细胞的发生发展和转移。TME 中除了恶性肿瘤细胞外，主要还包括：

• 成纤维细胞
• 免疫细胞
• 内皮细胞

从机制上来说，TME通过复杂而动态的途径影响癌细胞以调节癌症相关信号。譬如典型的癌细胞的 PD-L1 与 T 细胞的 PD1 结合，促进肿瘤免疫逃逸。

在 TME 中，成纤维细胞占基质细胞中的很大一部分，CAF具有 肿瘤支持作用（tumor-supporting roles）。除了直接和恶性上皮细胞相互作用外，CAF 还会创建 tumor-permissive 的 TME，譬如刺激正常的成纤维细胞转换为 CAFs，促进内皮细胞的血管生生成，招募髓系细胞并抑制 T 细胞的免疫功能。

泛癌中的 TME 的 Landscape

研究收集了 10 种常见的肿瘤类型（图 1 a, b）：

• 甲状腺癌
• 肺癌
• 乳腺癌
• 胃癌
• 胰腺癌
• 肝内胆管癌
• 结直肠癌
• 膀胱癌
• 前列腺癌
• 卵巢癌

这些样本类型涉及到：原发肿瘤、癌旁组织和正常样本。原始细胞接近 100 万，经过数据筛选，剩下大约 85 万细胞。

根据细胞分群结果（图 1 C），TME 相关的细胞大约有 57 万个（占比 67%）。使用的分群和标记基因如下：

• 成纤维细胞（DCN、COL1A1）
• 淋巴细胞（CD3D、CD3E）
• 骨髓细胞（CD68、CD14）
• 内皮细胞（VWF、PECAM1）
• 浆细胞（IGHG1、JCHAIN）

c20代表的是FABP4+巨噬细胞，在肺癌中高度富集（图 1f ））。

在于癌旁正常组织，癌组织，淋巴结转移组织，脑转移组织中 FABP4+巨噬细胞的比例逐渐减少，这表明FABP4+巨噬细胞的比例分布与肺癌进展呈负相关

TME 中的 CAFs

与恶性上皮细胞不同，TME 的样本间异质性较弱。在不同类型的癌症中具有相似度较高的转录组图谱特征。考虑到 TME 成分之间复杂的相互通信在肿瘤进展和治疗反应中起着关键作用，因此进行了基于 CellphoneDB 的分析以评估每个主要 TME 成分与上皮细胞之间的相互作用。总体上，TME 与上皮细胞的相互作用强度按正常、相邻和肿瘤的顺序显着增加（图 2a）

其中，成纤维细胞与癌细胞的作用强度是TME中的细胞中最强的（图 2b）。

与 NFs 的转录谱相比，胶原蛋白活化和基质金属蛋白酶相关基因在 CAFs 中高表达

2021 年，发表在免疫学顶刊 Immunity 上发表了一篇题为Germline genetic contribution to the immune landscape of cancer 的 Research中指出胶原相关基因的 germline mutations 与巨噬细胞浸润增加和淋巴细胞浸润减少有显着关联 结合这个结论可以进行如下假设，癌细胞有道 NF 转换为 CAF，并诱导胶原蛋白相关基因发生突变，从而导致胶原蛋白相关基因高表达从而使得巨噬细胞浸润增加以及淋巴细胞浸润减少（当然这些都是我猜的）

通过泛癌分析表征成纤维细胞的可塑性

首先根据不同的基因表达模式，将 CAF 细分为不同的亚类

CAFap与肿瘤浸润性 T 细胞簇的相互作用比CAFmyo显着更多（p  = 0.002），具有与 TAM 相似的相互作用模式（图 4b）。

此外，CAFap 与单巨噬细胞相关簇的转录相似性高于其他成纤维细胞簇，并表达单巨噬细胞特异性标志物（例如，CD68，CD163和CD14）。因此，CAFap可能与 TAM 具有一定的关联

最近发现巨噬细胞和肌成纤维细胞之间的转变是一种致病过程，在肾纤维化、同种异体肾移植损伤和心肌梗死愈合中起调节作用。推测 CAFap 可能是 CAF 和 TAM 之间的过渡位置。时序分析结果也提供了一部分的推测理由（图 4d）

一系列成纤维细胞特异性基因（如ACTA2和MYLK）和巨噬细胞特异性基因（如CD163、MAFB和 SPI1）的表达逐渐从 TAM 变为 CAFmyo ，其中 CAFap 位于中间位置

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