2022年4月1日，上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院上海市免疫學(xué)研究所蘇冰教授團(tuán)隊(duì)和葉幼瓊研究員團(tuán)隊(duì)在Nature Communications上發(fā)表題為Single-cell and spatial analysis reveal interaction of FAP+ fibroblasts and SPP1+ macrophages in colorectal cancer的研究論文。該研究運(yùn)用單細(xì)胞多組學(xué)、空間轉(zhuǎn)錄組測(cè)序及免疫熒光成像等手段解析結(jié)直腸癌的腫瘤微環(huán)境，發(fā)現(xiàn)FAP+ fibroblasts and SPP1+macrophages在結(jié)直腸癌中顯著浸潤(rùn)并和不良預(yù)后及腫瘤免疫治療耐受相關(guān)；同時(shí)在腫瘤邊界區(qū)域附近，發(fā)現(xiàn)二者互作形成“墻壁”樣細(xì)胞外基質(zhì)屏障阻滯細(xì)胞毒性T淋巴細(xì)胞（CTL）使其無(wú)法浸潤(rùn)腫瘤核心，從而提出腫瘤免疫治療耐受的新機(jī)制；該成果也為針對(duì)腫瘤邊界的新型靶向治療提供新策略。
結(jié)直腸癌（Colorectal cancer， CRC）是最常見(jiàn)的惡性腫瘤之一，具有易轉(zhuǎn)移、復(fù)發(fā)的特性，且缺乏除手術(shù)外更為有效的治療手段。免疫檢查點(diǎn)阻斷（Immune checkpoint blockade，ICB）療法的發(fā)展革命性地改變了腫瘤治療模式，研究者逐漸關(guān)注通過(guò)靶向腫瘤以外的細(xì)胞來(lái)治療腫瘤，然而ICB療法的總體有效率仍較低。在結(jié)直腸癌治療中免疫治療的臨床實(shí)驗(yàn)也在逐步開(kāi)展，然而ICB療法只對(duì)少數(shù)具有腫瘤微衛(wèi)星不穩(wěn)定（MSI-high）的病人有一定效果，治療的局限性限制了該領(lǐng)域的發(fā)展。如何增強(qiáng)ICB療法的抗腫瘤活性從而提高病人生存周期和生存率，是目前腫瘤臨床治療亟需解決的重要問(wèn)題。腫瘤微環(huán)境異質(zhì)性及介導(dǎo)的免疫抑制是決定腫瘤免疫治療效果的關(guān)鍵因素之一，是限制腫瘤免疫基礎(chǔ)研究和轉(zhuǎn)化應(yīng)用研究的瓶頸問(wèn)題。
在本項(xiàng)研究中，研究團(tuán)隊(duì)利用單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測(cè)序方法發(fā)現(xiàn)與癌旁組織相比，結(jié)直腸癌組織特異性富集FAP+ fibroblasts 及 SPP1+macrophages，并通過(guò)CIBERSORTx對(duì)多個(gè)結(jié)腸癌數(shù)據(jù)集分析發(fā)現(xiàn)這兩種細(xì)胞浸潤(rùn)程度高度相關(guān)。團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步使用空間轉(zhuǎn)錄組發(fā)現(xiàn)存在同時(shí)表達(dá)這兩種細(xì)胞特征基因的聚類(lèi)，這一聚類(lèi)的空間位置和細(xì)胞外基質(zhì)的形成高度相關(guān)，提示FAP+ fibroblasts 和 SPP1+ macrophages在腸癌中的空間定位上也接近，并圍繞腫瘤中心形成“墻壁”樣的腫瘤邊界。
圖1. 項(xiàng)目分析流程
進(jìn)一步通過(guò)細(xì)胞互作分析手段揭示了這兩群細(xì)胞可能通過(guò)RARRES2/CMKLR1的互作發(fā)揮調(diào)節(jié)作用，并且與健康人血漿相比，RARRES2編碼的Chemerin蛋白在結(jié)直腸癌患者血漿里顯示更高的表達(dá)水平，提示其可以作為結(jié)直腸癌的診斷標(biāo)志物。同時(shí)，SPP1+macrophages可通過(guò)編碼TGFB1、IL1A和IL1B等基因來(lái)調(diào)節(jié)FAP+ fibroblasts產(chǎn)生細(xì)胞外基質(zhì)的能力，從而促進(jìn)腫瘤纖維化“墻壁”樣結(jié)構(gòu)的產(chǎn)生，以此產(chǎn)生免疫“排斥型”微環(huán)境。此外，高浸潤(rùn)FAP+ fibroblasts或者SPP1+ macrophages的腸癌病人淋巴細(xì)胞的浸潤(rùn)比率最低，同時(shí)無(wú)進(jìn)展生存期明顯低于對(duì)照組。鑒于此亞群分別特異表達(dá)FAP和SPP1，在anti-PD-L1的免疫治療RNA-seq數(shù)據(jù)集中團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)高表達(dá)這兩個(gè)蛋白的患者對(duì)PD-L1治療的響應(yīng)率也更低。因此本項(xiàng)研究通過(guò)所述細(xì)胞特征及細(xì)胞互作模式，可有效針對(duì)臨床結(jié)直腸癌CRC進(jìn)行診治、預(yù)防及預(yù)后生存率評(píng)估。
這一研究闡釋了結(jié)直腸癌“冷”腫瘤特性，提出間質(zhì)細(xì)胞與巨噬細(xì)胞可能形成的墻壁樣結(jié)構(gòu)是阻滯T細(xì)胞浸潤(rùn)的關(guān)鍵。這一研究成果對(duì)指導(dǎo)免疫治療不敏感的結(jié)直腸腫瘤用藥具有指導(dǎo)意義，且靶向間質(zhì)與巨噬細(xì)胞互作形成的墻壁樣結(jié)構(gòu)在臨床上具有廣泛的適用性。
上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院上海市免疫學(xué)研究所博士齊晶晶為本論文的獨(dú)立第一作者，上海市免疫學(xué)研究所蘇冰教授和葉幼瓊研究員為該文的共同通訊作者。該研究得到上海市免疫學(xué)研究所的孫宏翔博士、陳磊研究員團(tuán)隊(duì)及測(cè)序平臺(tái)大力幫助。該研究還得到了來(lái)自包括新加坡免疫學(xué)聯(lián)網(wǎng)的Florent Ginhoux教授、美國(guó)TexasA&M大學(xué)韓冷教授，瑞金醫(yī)院消化科鄒多武主任、王正廷副主任醫(yī)師、仁濟(jì)醫(yī)院膽胰外科劉穎斌主任、中國(guó)科技大學(xué)劉連新教授等在內(nèi)的多方合作與鼎力支持。該工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、上海市科學(xué)技術(shù)委員會(huì)先導(dǎo)項(xiàng)目的支持。
蘇冰，教授，上海交通大學(xué)王寬誠(chéng)講席教授，上海市免疫學(xué)研究所所長(zhǎng)，上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院免疫與微生物系系主任。蘇冰教授同時(shí)兼任上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院-耶魯大學(xué)免疫代謝研究院主任。蘇冰教授長(zhǎng)期致力于MAPK和SIN1/mTOR調(diào)控的細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)研究，取得了一系列突破性科學(xué)發(fā)現(xiàn)和成果。相關(guān)工作以通訊作者相繼發(fā)表于國(guó)際頂尖雜志包括Nature，Cell，Nature Genetics，Nature Immunology，Immunity，EMBO J，Blood，Mol Cell等雜志。近年來(lái)蘇冰教授課題組聚焦免疫炎癥調(diào)控機(jī)制、腸道黏膜免疫和炎癥相關(guān)疾病的臨床基礎(chǔ)研究，并與瑞金醫(yī)院、仁濟(jì)醫(yī)院、新華醫(yī)院等臨床科室合作開(kāi)展臨床轉(zhuǎn)化研究。目前蘇冰教授團(tuán)隊(duì)正進(jìn)一步擴(kuò)大機(jī)制與臨床轉(zhuǎn)化研究，歡迎博士后加盟或洽談?wù)n題合作，歡迎發(fā)送郵件聯(lián)系：[email protected]。
葉幼瓊，研究員，博士生導(dǎo)師。上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院上海市免疫學(xué)研究所，腫瘤多組學(xué)與腫瘤免疫課題組長(zhǎng)。課題組圍繞腫瘤（邊界）微環(huán)境，以生物大數(shù)據(jù)為驅(qū)動(dòng)，構(gòu)建算法、工具開(kāi)發(fā)，結(jié)合生物信息創(chuàng)新方法、基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、臨床隊(duì)列等多尺度手段闡釋腫瘤微環(huán)境中重要調(diào)控因子對(duì)腫瘤進(jìn)展的調(diào)節(jié)機(jī)制、腫瘤免疫逃逸機(jī)制、并利用多維數(shù)據(jù)構(gòu)建免疫治療療效預(yù)測(cè)模型，相關(guān)研究為免疫治療提供了新策略，相關(guān)研究成果以第一（共同）或通訊作者身份發(fā)表在Nature Metabolism、Nature Immunology、Cancer Cell、Nature Communications、Cell Systems等期刊。葉幼瓊課題組近年來(lái)聚焦腫瘤（邊界）微環(huán)境在腫瘤免疫中的調(diào)控作用，歡迎更多優(yōu)秀的人才（包括博士后和技術(shù)員）加入團(tuán)隊(duì)共同推動(dòng)課題進(jìn)展。請(qǐng)感興趣的申請(qǐng)者來(lái)函咨詢(xún)[email protected]。
