Nat. Commun. | 上海市免疫学研究所苏冰、叶幼琼团队合作揭示结直肠癌肿瘤边界间质细胞与巨噬细胞互作模式
2022-04-06 浏览( 来源:基础医学院 
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4月1日,上海交通大学医学院上海市免疫学研究所苏冰教授团队和叶幼琼研究员团队在Nature Communications上发表题为Single-cell and spatial analysis reveal interaction of FAP+ fibroblasts and SPP1+ macrophages in colorectal cancer的研究论文。该研究运用单细胞多组学、空间转录组测序及免疫荧光成像等手段解析结直肠癌的肿瘤微环境,发现FAP+ fibroblasts and SPP1+macrophages在结直肠癌中显著浸润并和不良预后及肿瘤免疫治疗耐受相关;同时在肿瘤边界区域附近,发现二者互作形成“墙壁”样细胞外基质屏障阻滞细胞毒性T淋巴细胞(CTL)使其无法浸润肿瘤核心,从而提出肿瘤免疫治疗耐受的新机制;该成果也为针对肿瘤边界的新型靶向治疗提供新策略。

结直肠癌(Colorectal cancer,CRC)是最常见的恶性肿瘤之一,具有易转移、复发的特性,且缺乏除手术外更为有效的治疗手段。免疫检查点阻断(Immune checkpoint blockade,ICB)疗法的发展革命性地改变了肿瘤治疗模式,研究者逐渐关注通过靶向肿瘤以外的细胞来治疗肿瘤,然而ICB疗法的总体有效率仍较低。在结直肠癌治疗中免疫治疗的临床实验也在逐步开展,然而ICB疗法只对少数具有肿瘤微卫星不稳定(MSI-high)的病人有一定效果,治疗的局限性限制了该领域的发展。如何增强ICB疗法的抗肿瘤活性从而提高病人生存周期和生存率,是目前肿瘤临床治疗亟需解决的重要问题。肿瘤微环境异质性及介导的免疫抑制是决定肿瘤免疫治疗效果的关键因素之一,是限制肿瘤免疫基础研究和转化应用研究的瓶颈问题。

在本项研究中,研究团队利用单细胞转录组测序方法发现与癌旁组织相比,结直肠癌组织特异性富集FAP+ fibroblasts及SPP1+macrophages,并通过CIBERSORTx对多个结肠癌数据集分析发现这两种细胞浸润程度高度相关。团队进一步使用空间转录组发现存在同时表达这两种细胞特征基因的聚类,这一聚类的空间位置和细胞外基质的形成高度相关,提示FAP+ fibroblasts和SPP1+ macrophages在肠癌中的空间定位上也接近,并围绕肿瘤中心形成“墙壁”样的肿瘤边界。

图1.项目分析流程

进一步通过细胞互作分析手段揭示了这两群细胞可能通过RARRES2/CMKLR1的互作发挥调节作用,并且与健康人血浆相比,RARRES2编码的Chemerin蛋白在结直肠癌患者血浆里显示更高的表达水平,提示其可以作为结直肠癌的诊断标志物。同时,SPP1+macrophages可通过编码TGFB1、IL1A和IL1B等基因来调节FAP+ fibroblasts产生细胞外基质的能力,从而促进肿瘤纤维化“墙壁”样结构的产生,以此产生免疫“排斥型”微环境。此外,高浸润FAP+ fibroblasts或者SPP1+ macrophages的肠癌病人淋巴细胞的浸润比率最低,同时无进展生存期明显低于对照组。鉴于此亚群分别特异表达FAP和SPP1,在anti-PD-L1的免疫治疗RNA-seq数据集中团队发现高表达这两个蛋白的患者对PD-L1治疗的响应率也更低。因此本项研究通过所述细胞特征及细胞互作模式,可有效针对临床结直肠癌CRC进行诊治、预防及预后生存率评估。

图2.模式图

这一研究阐释了结直肠癌“冷”肿瘤特性,提出间质细胞与巨噬细胞可能形成的墙壁样结构是阻滞T细胞浸润的关键。这一研究成果对指导免疫治疗不敏感的结直肠肿瘤用药具有指导意义,且靶向间质与巨噬细胞互作形成的墙壁样结构在临床上具有广泛的适用性。

上海交通大学医学院上海市免疫学研究所博士齐晶晶为本论文的独立第一作者,上海市免疫学研究所苏冰教授和叶幼琼研究员为该文的共同通讯作者。该研究得到上海市免疫学研究所的孙宏翔博士、陈磊研究员团队及测序平台大力帮助。该研究还得到了来自包括新加坡免疫学联网的Florent Ginhoux教授、美国TexasA&M大学韩冷教授,瑞金医院消化科邹多武主任、王正廷副主任医师、仁济医院胆胰外科刘颖斌主任、中国科技大学刘连新教授等在内的多方合作与鼎力支持。该工作得到了国家自然科学基金、上海市科学技术委员会先导项目的支持。

 

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