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今天分享的这篇文献上个月刚发表在Nature Communications，主要内容是结合单细胞转录组和空间转录组技术，揭示了FAP+成纤维细胞和SPP1+巨噬细胞的互作，及其对于结直肠癌进展、免疫治疗等方面的影响。

1. 背景介绍

结直肠癌 (CRC) 是第三大最常见的恶性肿瘤（仅次于肺癌和乳腺癌），每年在全世界造成约 800,000 人死亡。为了提高免疫治疗的疗效，有必要了解结直肠癌肿瘤微环境（TME）中细胞和分子重塑的机制，寻找潜在的干预靶点。最近的研究表明，基质细胞和髓系细胞可能为肿瘤生长和转移形成独特的生态位，使其成为潜在的治疗靶点。

间充质基质细胞表示非上皮、非造血细胞成分，对组织重塑、炎症反应、上皮细胞生长和免疫抑制起到重要作用，在组织和细胞类型中具有不同的分布模式。不同的基质细胞群可能在结直肠相关疾病发展中发挥独特的作用。

以往的研究也表明定位于肿瘤边缘的肿瘤相关巨噬细胞 (TAM) 可防止细胞毒性淋巴细胞 (CTL) 浸润进入肿瘤核心。一种具有独特特征的 TAM 亚型，称为SPP1+巨噬细胞，具有免疫抑制特性，并与 EMT 标志物呈正相关，可作为抗肿瘤生长和转移的潜在靶标。然而，尚未充分研究 CRC TME 中髓系细胞与其他类型细胞之间的相互作用。

2. 主要发现

确定了结直肠癌中存在多样化的肿瘤微环境景观，其中FAP+成纤维细胞和SPP1+巨噬细胞在肿瘤组织中富集。这项工作进一步强调了FAP+成纤维细胞和SPP1+巨噬细胞浸润高度相关，它们的存在与淋巴细胞浸润呈负相关，并预示患者存活率低。它们的共存与丰富的细胞外基质表达有关，从而促进肿瘤促纤维增生结构的形成。此外，FAP或SPP1的高表达有助于对 PD-L1 阻断免疫治疗产生耐药性。

3. 结果部分

3.1 配对肠粘膜和CRC样本的单细胞转录组图谱

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这部分内容比较常规，描述和分析跟别的肿瘤单细胞文章类似，就不细讲了。

3.2 相比于正常样本，肿瘤样本的细胞亚群有哪些特征？和预后有什么关系？

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这张图怎么看怎么画？
图中每一个点都是tumor tissue相较于normal tissue的结果。在某个亚群里面，比如MSCs，给每一个细胞算一个通路的打分，然后比较tumor group和normal group是否有显著差异，算p值，然后做p值矫正。logFC更容易，tumor group和normal group的打分均值相除再求log

可以看出这张图整体都比较红，the regulatory pathways of major cell types were shaped in the CRC TME.

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接下来，说了两个事：在多个bulk数据集中，都看到成纤维细胞和髓系细胞的占比呈现正相关；成纤维细胞和髓系细胞占比高都预示着更差的生存。

左边这张图怎么看怎么画？
扇形的面积表示显著相关数据集占所有数据集的比例，红色表示正相关、蓝色表示负相关。以髓系细胞和成纤维细胞这对pair为例，表示在所有数据集中，这两种细胞的占比都是正相关的。细胞占比怎么做？文中使用的CIBERSORTx结合这篇文章鉴定的单细胞特征基因集做的。

3.3 肿瘤特异的FAP+成纤维细胞和CRC进展相关

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这一部分的分析较常规，分群然后做生存分析，发现FAP+成纤维细胞显著富集在肿瘤组织，该群具有成纤维细胞激活、胞外基质(ECM)重构等特征，且不利于预后。

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然后做了RNA velocity，看了这群细胞可能由什么细胞转变而来，然后做了转录因子分析，找到了可能驱动这种细胞转变的TF。
这一部分的结果存疑，因为并没有很强的实验证据。

3.4 肿瘤特异的SPP1+巨噬细胞和CRC进展相关

这一部分的分析内容和上一节一样

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SPP1+macrophages高表达基因与ECM−receptor interactions, the PPAR signaling pathway, glycolysis/gluconeogenesis等通路相关，同样不利于预后。

值得注意的是，通路分析也表明FAP+成纤维细胞、SPP1+巨噬细胞都高表达hypoxia-induced pathway，作者推测在肿瘤的缺氧区域存在巨噬细胞和成纤维细胞的互作网络，这加剧了CRC的进展。

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然后做了RNA velocity，看了这群细胞可能由什么细胞转变而来，然后做了转录因子分析，找到了可能驱动这种细胞转变的TF。

3.5 FAP+成纤维细胞和SPP1+巨噬细胞的高度浸润和更差的预后相关

基于前面的分析：

• 发现成纤维细胞和巨噬细胞有共存的倾向；
• 成纤维细胞和巨噬细胞各找到一群有意思的子类

后面自然而然会看这两个子类有没有共存的倾向。

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我觉得左边这张图是全文最亮眼的地方。作者发现在bulk样本中FAP+成纤维细胞和SPP1+巨噬细胞的占比，也是正相关的，在14个数据集中都是如此。

根据FAP+成纤维细胞和SPP1+巨噬细胞占比高低分成了4个group，生存分析也是很显著的。两个子类占比都高的group会高表达EMT, 缺氧等通路，这些都是不利于生存的。

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免疫荧光也证明了两个子类在空间上倾向于共定位

3.6 空间转录组验证FAP+成纤维细胞和SPP1+巨噬细胞的细胞互作

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这一部分空间转录组数据没有做很多东西，仅是验证了这两个子类空间上靠得很近，以至于一个spot可以包含FAP+成纤维细胞和SPP1+巨噬细胞两类细胞，所以后续才会聚出来一个FAP+fibroblasts/SPP1+macrophages的cluster。这群cluster同样富集ECM相关通路，而ECM又是与促纤维增生微环境相关的。此外，从空转图像上发现这群混合的cluster阻止了免疫细胞进入肿瘤核心。

因此，作者认为这两个子类的互作，调控了促纤维增生微环境的形成，进而限制了（抑癌的）免疫细胞的浸润。

3.7 FAP+成纤维细胞和SPP1+巨噬细胞的高度浸润降低了免疫治疗的响应

这一部分是间接说明的，没有直接在CRC免疫治疗样本中去看这两个子类对于免疫治疗响应的影响。

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上面的图看了一些已知的与免疫治疗响应相关的指标，比如

• TCR香农熵

越高表示TCR种类越多，各种TCR的T细胞增殖程度差不多，也就是没有出现一小部分T细胞显著扩增的情况，换言之就是没有出现效应T细胞显著扩增的情况，因此响应率越差

• 淋巴细胞浸润程度

越低，响应率越差

可以看到两个子类占比都高的样本TCR香农熵高、淋巴细胞浸润低，这些都预示着响应率差。

下面的图是膀胱癌患者免疫治疗后的生存数据，可以看到FAP+或SPP1+高表达都预示着更差的生存。

4. 总结

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