2021年1月1日，中国医学科学院基础医学研究所/北京协和医学院赵林、韩钦、王晓月和赵春华教授课题组合作在 Theranostics (IF:11.556 )上发表文章，鉴定了与胃癌（GC）患者临床表现差紧密相关的成纤维细胞亚类并阐明了其作用机理。文章发现炎症肿瘤相关成纤维细胞（iCAFs）和胞外基质肿瘤相关成纤维细胞（eCAFs）分别与胃癌中的 T 细胞和 M2 型巨噬细胞密切互作，促进肿瘤发育和侵袭转移。该研究挖掘了 CAFs 在胃癌进展中的关键作用，为胃癌治疗提供了潜在靶点。
单细胞转录组测序揭示一类与胃癌临床表现差有关的促侵袭肿瘤相关成纤维细胞
Single-cell RNA sequencing reveals a pro-invasive cancer-associated fibroblast subgroup associated with poor clinical outcomes in patients with gastric cancer
【发表期刊】Theranostics
【影响因子】11.556
【发表单位】中国医学科学院基础医学研究所/北京协和医学院
研究背景
据2020年统计，胃癌（GC）是全球发病率第五，死亡率第四大癌症，晚期患者生存期中值不超过一年，对胃癌治疗的改善迫在眉睫。近些年来针对肿瘤基质细胞的药物层出不穷，但只对一小部分患者和肿瘤类型有疗效。大量研究表明肿瘤相关成纤维细胞（CAFs）具有促癌作用，可能作为肿瘤治疗的潜在靶标。但 CAFs 在胃癌中的异质性和作用机制仍不清楚，这阻碍了针对 CAFs 的药物研发。为此，本文针对该问题，对 CAFs 在胃癌组织中的类型、功能和时空分布进行了综合分析。
研究思路
主要结论
研究人员对8例胃癌早期患者（3名肠型，3名弥漫型和2名混合型）肿瘤组织及其癌旁胃粘膜组织进行了单细胞转录组测序，得到36,897个细胞转录组数据，分为七大细胞类型：上皮细胞，内皮细胞，成纤维细胞，T 细胞，B 细胞，巨噬细胞和肥大细胞（图2）。通过对肿瘤细胞及其微环境的分析，比较癌组织与癌旁基质细胞差异和亚类分析得到了以下主要结论。
1. 胃癌上皮细胞具有患者间异质性
上皮细胞是肿瘤细胞的主要来源，亚群分析显示上皮细胞在患者间有很大异质性（图3A-C）。差异富集分析显示肿瘤上皮细胞中高表达细胞增殖，伤口响应和 NF-κB 通路等恶性发育相关基因。并且一定比例的肿瘤上皮细胞中表达部分上皮间质转化（p-EMT）标记基因（图3D-E），作者将该群注释为 EMT 细胞群（图3F），EMT 状态是与肿瘤进展侵袭相关的重要标志物。
2. 胃癌中存在内皮间质转化（EndMT）
内皮细胞是血管组织和淋巴管组织的重要组成。作者对内皮细胞进行亚群分析，定义了1个淋巴内皮亚群和11个血管内皮亚群（图4A-B）。差异富集分析显示肿瘤内皮细胞中高表达细胞粘附和胞外基质重组通路（图4C）。亚群分析显示4号亚群表达内皮细胞特征基因的同时，也表达成纤维细胞特征基因（图4D-G）。进一步拟时序分析表明4亚号群是一类从内皮细胞到间质细胞过渡的细胞亚群（EndMT）（图4H, I）。有研究表明 EndMT 在肿瘤进展中起作用。该数据的差异富集分析也显示 EndMT 细胞在胃癌中高表达肿瘤发育通路。这些数据都表明 EndMT 可能参与了胃癌发育过程中的血管再生。
3. 成纤维细胞亚类促进肿瘤侵袭
成纤维细胞是肿瘤微环境的重要组成部分，作者将成纤维细胞群分为肌成纤维细胞、周细胞、胞外基质 CAFs（eCAFs）和炎症 CAF（iCAFs）（图5A-B）亚群。差异富集分析明确了四种成纤维细胞尤其是其中两种 CAFs 在肿瘤进展中的作用（图5C）。iCAFs 高表达炎症响应通路，表明 iCAF 可能与免疫细胞相互作用；eCAFs 中高表达肿瘤侵袭基因以及胞外间质（ECM）重塑通路（图5D），其中高表达的 POSTN 基因与肿瘤预后差有明显相关性（图5E）。研究人员还通过免疫组化确定 eCAFs 和 iCAFs 都富集在肿瘤腺体周围和肿瘤侵袭界面。以上分析都表明 eCAFs 和 iCAFs 可以促进肿瘤进展和侵袭。
4. 胃癌微环境具有免疫抑制性
为了解析胃癌免疫微环境，研究人员对免疫细胞进行了分群。T 细胞被注释为8个亚类，肿瘤中高表达耗竭 T 细胞和调节 T 细胞（Tregs）亚群（图6A-B），免疫组化验证显示耗竭 T 细胞和 Tregs 在肿瘤淋巴结中富集（图6C-D）。B 细胞和巨噬细胞亚群在癌旁和癌组织中都有明显差别，其中初始 B 细胞在肿瘤中呈凋亡状态，肿瘤相关巨噬细胞（TAM）表达淋巴细胞迁移、抗原呈递等免疫细胞浸润调节通路。
5. 胃癌微环境细胞间的动态互相作用
作者用 CellPhoneDB 分析对胃癌微环境细胞间的动态互相作用进行了分析，发现癌组织及癌旁组织中内皮细胞，成纤维细胞和免疫细胞间强烈互作（图7A-C）。其中 iCAFs 通过趋化因子、炎症因子及免疫调节受体配体与免疫细胞互作，负责淋巴细胞招募，免疫组化显示 iCAFs 定位在肿瘤的淋巴结样组织中（图7D）。而 eCAFs 则与 M2 型巨噬细胞显示共定位（图7E），体外培养和 Transwell 实验也证明 eCAF 增殖能力较强且可以招募 M2 巨噬细胞。另外，研究还发现弥漫型胃癌呈现四高表型（高上皮间质转化（EMT），高基质细胞占比，高免疫细胞浸润，高 T 细胞耗竭），导致弥漫型胃癌具有免疫抑制型微环境和较差的临床预后。
总结
文章通过8例胃癌早期患者的胃癌和癌旁样本单细胞转录组测序，解析了胃癌异质性，并重点分析了成纤维细胞对肿瘤微环境中免疫、侵袭、转移和血管再生的调节作用，发现 iCAFs 通过趋化因子招募 T 细胞浸润肿瘤，而 eCAFs 可以重塑胞外基质，吸引 M2 型巨噬细胞促进肿瘤侵袭和转移。该研究为胃癌患者提供了预后依据，还发现了可能作为胃癌治疗的靶向细胞类型。
参考文献：
Li X, Sun Z, Peng G, Xiao Y, Guo J, Wu B, Li X, Zhou W, Li J, Li Z, Bai C, Zhao L, Han Q, Zhao RC, Wang X. Single-cell RNA sequencing reveals a pro-invasive cancer-associated fibroblast subgroup associated with poor clinical outcomes in patients with gastric cancer. Theranostics. 2022 Jan 1;12(2): 620-638. doi: 10.7150/thno.60540. PMID: 34976204; PMCID: PMC8692898.
