复旦大学樊嘉等合作发现肝癌肿瘤“侵袭区” 助力开发肝癌治疗新策略

近日，复旦大学周俭、杨欣荣、樊嘉和华大生命科学研究院陈奥、刘石平等团队合作在国际知名期刊《Cell Research》在线发表了题为“An invasive zone in human liver cancer identified by Stereo-seq promotes hepatocyte–tumor cell crosstalk, local immunosuppression and tumor progression”的研究论文，该研究利用纳米级分辨率的新型肿瘤边界扫描和数字化模型-空间增强分辨率组学测序(Stereo-seq)，在肝癌患者的肿瘤边界周围发现了一个500 μ m宽的区域，称为“侵袭区”。在该区域检测到强烈的免疫抑制、代谢重编程和严重受损的肝细胞。该研究还发现了位于肿瘤旁附近的受损肝细胞亚群，其血清淀粉样蛋白A1和A2(统称为SAAs)的表达增加。

https://www.nature.com/articles/s41422-023-00831-1

研究背景

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实体瘤是一个复杂的、高度异质性的生态系统，其中癌细胞与各种细胞类型相互作用，包括免疫细胞和基质细胞，以及细胞外基质(ECM)。确定实体瘤异质性是如何建立的以及功能性后果是至关重要的。肿瘤边缘区是肿瘤细胞侵入瘤旁组织并与其他细胞直接接触的区域，是肿瘤细胞浸润和侵袭最活跃的区域。因此，全面了解肿瘤组织的细胞组成、它们的空间异质性以及它们与肿瘤微环境(TMEs)(包括肿瘤边缘区域)的相互作用，不仅将揭示肿瘤如何发展和转移，还将加速新型癌症治疗方法的开发。

单细胞RNA测序(scRNA-seq)是一种强大的工具，可用于在单细胞水平上解剖细胞内和细胞间以及分子动力学。它已被广泛用于表征几种类型的实体瘤和相关的TMEs。然而，单独的scRNA-seq不能提供空间信息。此外，由于缺乏多区域采样，单细胞分辨率下的肿瘤内空间异质性仍然知之甚少。最近，研究人员开发了空间增强分辨率组学测序(Stereo-seq)，提供纳米级分辨率(直径，220 nm/点)，可扩展的检测区域(10 mm × 10 mm)，并通过结合DNA纳米球(DNB)模式阵列芯片和RNA原位杂交，能够捕获每个细胞几百个点的数据。Stereo-seq能够在单细胞水平上深入表征整个肿瘤生态系统的功能和位置信息，并精确揭示TME中，特别是肿瘤边缘区域的细胞组成、分布和细胞间通讯。

肝癌，包括肝细胞癌(HCC)和肝内胆管癌(ICC)，是一些最常见和侵袭性的肿瘤类型，由于有限和无效的治疗方案，全球发病率和死亡率很高。肝脏也是其他癌症，特别是肺癌、胰腺癌和结直肠癌远处转移的常见部位。采用原发性肝癌和结肠腺癌肝转移小鼠模型的体内实验表明，腺病毒相关病毒(AAV)介导的肝细胞中SAAs的敲低可显著减少肿瘤周围巨噬细胞的积聚，延缓肿瘤的生长。利用高分辨率和空间分辨率转录组学，该研究精确地表征了肝癌中500 μ m宽侵袭区独特的局部生态系统，这为阐明肿瘤侵袭机制提供了有意义的生物学见解，并可能支持实体瘤新治疗策略的开发。

研究过程

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在这项研究中，研究人员将空间分辨率转录组学与亚细胞分辨率和scRNA-seq相结合，以确定肝癌患者肿瘤中四个区域位点(T, M, P和LN)的细胞组成和转录结构。肿瘤边缘区域是最活跃的区域，代表了一个复杂和动态的TMEs。其特点是高度侵袭性肿瘤细胞(CXCL6+肿瘤细胞)、受损肝细胞(SAAs+肝细胞)和募集的FPR1+巨噬细胞之间存在相互作用，所有这些都有助于肿瘤的进展。本研究结果促进了目前对局部免疫环境如何影响肿瘤进展的理解，并揭示了恶性细胞、免疫细胞和肝细胞之间存在活跃的串扰，这可能有助于开发新的肝癌治疗策略。

利用高分辨率、空间分辨率技术，研究人员表征了边界周围的空间转录组异质性，在分析边缘区域的空间异质性时，研究人员惊讶地发现了一个独特的，500微米宽的“侵入区”。根据观察，肿瘤细胞的免疫微环境和代谢变化最深刻的变化发生在肿瘤边缘区第二层(250 - 500µm)和第一层(0-250µm)之间，并且在肿瘤旁侧也发现了类似的炎症反应趋势，于是得出结论，以肿瘤边界为中心的500µm宽区域(两侧各250µm)与其他区域不同。因此，研究人员将以肿瘤边界为中心的500µm宽区域重新定义为“侵袭区”，这比之前定义的以边界为中心的1000µm宽区域更合理。

此外，研究人员发现肝癌的侵袭区拥有独特的局部肿瘤生态系统，细胞成分之间存在复杂的相互作用。研究人员鉴定了一个富集的肿瘤细胞簇(CXCL6+肿瘤细胞)，与其他区域相比，该侵袭区具有增强的EMT、改变的代谢过程和激活的免疫反应。此外，肿瘤细胞簇分泌的CXCL6可通过激活JAK-STAT3通路诱导肝细胞(SAAs+肝细胞)损伤。研究人员发现受损肝细胞分泌的SAAs通过募集FPR1+巨噬细胞和随后的M2极化促进肿瘤侵袭，这与先前的一项研究一致。另外，肝细胞分泌的补体成分C3a、C5a可通过C3AR1/C5AR1募集巨噬细胞，肿瘤细胞分泌的CSF1可通过侵袭区SIRPA/CSF1R促进巨噬细胞M2极化，表明侵袭区是一个多向相互作用的复杂生态系统。

与使用其他空间转录组方法生成的数据相比，研究人员的Stereo-seq数据具有前所未有的纳米级分辨率(直径220 nm/点)和可扩展的检测区域(10 mm × 10 mm)，能够更精确地观察目标区域中的所有细胞类型和细胞间通信，以及扩展的空间转录组分析。

YC-1的抗肿瘤作用取决于肝肿瘤中的硫1A1状态

研究意义

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总之，研究人员确定并表征了肝癌肿瘤边界中心500 μ m宽的浸润区。该区域包含一个复杂和动态的局部生态系统，可以决定肿瘤侵袭的风险和患者的预后。研究结果还表明SDM方法可用于探索肿瘤生态系统，使表征癌症中存在的空间异质性成为可能，这可能为肝癌和其他实体肿瘤开发更精确和有效的治疗方法提供信息。（转化医学网360zhyx.com）

参考资料：

https://www.nature.com/articles/s41422-023-00831-1

注：本文旨在介绍医学研究进展，不能作为治疗方案参考。如需获得健康指导，请至正规医院就诊。