肝细胞癌(HCC)的肿瘤微环境异质性在空间单细胞分辨率上尚不清楚。

2024年9月26日，复旦大学代谢与整合生物学研究院王红阳院士及其合作团队在Nature Cancer（IF=23.5）在线发表题为“Spatial single-cell protein landscape reveals vimentin^high macrophages as immune-suppressive in the microenvironment of hepatocellular carcinoma”的研究论文，该研究利用空间单细胞蛋白图谱揭示了高弧度巨噬细胞在肝癌微环境中的免疫抑制作用。

该研究通过索引分析401个HCC样本的36个生物标志物的空间异质性进行了共同检测。通过分析肝癌的空间肿瘤生态系统，发现了具有不同预后和基因组分子特征的空间模式，揭示了vimentin (VIM)高巨噬细胞的进展作用。8个独立队列的整合分析表明，VIM^high巨噬细胞和调节性T细胞的空间共存促进肿瘤进展，有利于免疫治疗。功能研究进一步表明，VIM^high巨噬细胞通过增加白细胞介素-1β的分泌来增强调节性T细胞的免疫抑制活性。该研究为肿瘤微环境结构的异质性提供了深入的见解，揭示了VIM^high巨噬细胞在HCC进展中的关键作用，这具有个性化癌症预防和药物发现的潜力，并加强了解决癌症治疗中空间信息特征的需求。

肝癌是癌症相关死亡的第三大原因。肝细胞癌(HCC)是最常见的原发性肝癌类型，是一个严重的全球健康问题，死亡率不断上升。尽管对早期患者进行手术切除，但大约50%的患者最终需要全身治疗。免疫疗法在过去几年中取得了迅速进展；其中，atezolizumab联合贝伐单抗已被确定为晚期HCC4的一线治疗方案。然而，总体缓解率低于50%，这表明相当大比例的晚期HCC患者无法从现有的治疗方法中获益。这一限制很大程度上归因于缺乏对HCC肿瘤间和肿瘤内微环境异质性的形成和贡献的认识。

近年来，高通量技术极大地促进了人们对肿瘤微环境异质性的认识。单细胞RNA测序(scRNA-seq)已被广泛用于解剖肿瘤免疫微环境(TIME)，并在几种癌症类型中鉴定新的细胞群对肿瘤进展和免疫治疗耐药性的反应。虽然空间转录组学(ST)和scRNA-seq数据的综合分析可以帮助人们理解不同细胞类型之间的空间关系，由于ST方法分辨率低、缺乏蛋白质分布信息和样本量有限，很难破译导致TIME重塑的直接细胞间相互作用和肿瘤样本的空间特征。

机理模式图（图源自Nature Cancer）

新开发的多重成像技术，包括基于组织的循环免疫荧光技术、成像质量细胞术(IMC)技术、飞行时间多路离子束成像技术和索引共检测技术(CODEX)，已被用于构建几种癌症类型的单细胞和空间分辨蛋白质组学图谱。在HCC方面，对134例患者的HCC组织进行了36种基质和免疫相关标志物的IMC，发现肿瘤内区域有三种主要类型，分布模式不同。由于IMC方法的分辨率有限(~1.0 μm pixel⁻¹)，对TIME内不同细胞表型之间空间相互作用的研究水平相对较低。此外，现有的研究只关注肿瘤内的异质性，而没有探讨肿瘤间的异质性。对于HCC患者单细胞肿瘤间异质性的空间分辨，目前仍缺乏全面的认识。

在该研究中，作者采用CODEX技术，以0.377 μm pixel⁻¹的分辨率同时量化了401例HCC患者肿瘤结节中36个生物标志物的空间状态，并提供了临床特征和预后信息。研究人员描绘了HCC的空间单细胞表型图谱，探索了HCC样本之间的空间异质性和复杂的细胞-细胞相互作用模块。进一步揭示了以前未被注意到的VIM^high巨噬细胞的进展作用，并说明了VIM^high巨噬细胞和调节性T(Treg)细胞之间的空间相互作用如何促进肿瘤进展并有利于免疫治疗。该研究加强了集成空间多组学对充分了解肿瘤内和肿瘤间异质性的动态发展的重要性，并为制定多样化的肿瘤干预治疗策略提供了见解。

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s43018-024-00824-y