4月1日，上海交通大學醫學院上海市免疫學研究所蘇冰教授團隊和葉幼瓊研究員團隊在Nature Communications上發表題為Single-cell and spatial analysis reveal interaction of FAP+ fibroblasts and SPP1+ macrophages in colorectal cancer的研究論文。該研究運用單細胞多組學、空間轉錄組測序及免疫螢光成像等手段解析結直腸癌的腫瘤微環境，發現FAP+ fibroblasts and SPP1+macrophages在結直腸癌中顯著浸潤並和不良預後及腫瘤免疫治療耐受相關；同時在腫瘤邊界區域附近，發現二者互作形成“牆壁”樣細胞外基質屏障阻滯細胞毒性T淋巴細胞（CTL）使其無法浸潤腫瘤覈心，從而提出腫瘤免疫治療耐受的新機制；該成果也為針對腫瘤邊界的新型靶向治療提供新策略。
結直腸癌（Colorectal cancer，CRC）是最常見的惡性腫瘤之一，具有易轉移、復發的特性，且缺乏除手術外更為有效的治療手段。免疫檢查點阻斷（Immune checkpoint blockade，ICB）療法的發展革命性地改變了腫瘤治療模式，研究者逐漸關注通過靶向腫瘤以外的細胞來治療腫瘤，然而ICB療法的總體有效率仍較低。在結直腸癌治療中免疫治療的臨床實驗也在逐步開展，然而ICB療法只對少數具有腫瘤微衛星不穩定（MSI-high）的病人有一定效果，治療的局限性限制了該領域的發展。如何增强ICB療法的抗腫瘤活性從而提高病人生存週期和生存率，是現時腫瘤臨床治療亟需解决的重要問題。腫瘤微環境異質性及介導的免疫抑制是决定腫瘤免疫治療效果的關鍵因素之一，是限制腫瘤免疫基礎研究和轉化應用研究的瓶頸問題。
在本項研究中，研究團隊利用單細胞轉錄組測序方法發現與癌旁組織相比，結直腸癌組織特异性富集FAP+ fibroblasts及SPP1+macrophages，並通過CIBERSORTx對多個結腸癌數据集分析發現這兩種細胞浸潤程度高度相關。團隊進一步使用空間轉錄組發現存在同時表達這兩種細胞特徵基因的聚類，這一聚類的空間位置和細胞外基質的形成高度相關，提示FAP+ fibroblasts和SPP1+ macrophages在腸癌中的空間定位上也接近，並圍繞腫瘤中心形成“牆壁”樣的腫瘤邊界。
圖1.項目分析流程
進一步通過細胞互作分析手段揭示了這兩群細胞可能通過RARRES2/CMKLR1的互作發揮調節作用，並且與健康人血漿相比，RARRES2編碼的Chemerin蛋白在結直腸癌患者血漿裏顯示更高的表達水准，提示其可以作為結直腸癌的診斷標誌物。同時，SPP1+macrophages可通過編碼TGFB1、IL1A和IL1B等基因來調節FAP+ fibroblasts產生細胞外基質的能力，從而促進腫瘤纖維化“牆壁”樣結構的產生，以此產生免疫“排斥型”微環境。此外，高浸潤FAP+ fibroblasts或者SPP1+ macrophages的腸癌病人淋巴細胞的浸潤比率最低，同時無進展生存期明顯低於對照組。鑒於此亞群分別特异表達FAP和SPP1，在anti-PD-L1的免疫治療RNA-seq數據集中團隊發現高表達這兩個蛋白的患者對PD-L1治療的響應率也更低。囙此本項研究通過所述細胞特徵及細胞互作模式，可有效針對臨床結直腸癌CRC進行診治、預防及預後生存率評估。
圖2.模式圖
這一研究闡釋了結直腸癌“冷”腫瘤特性，提出間質細胞與巨噬細胞可能形成的牆壁樣結構是阻滯T細胞浸潤的關鍵。這一研究成果對指導免疫治療不敏感的結直腸腫瘤用藥具有指導意義，且靶向間質與巨噬細胞互作形成的牆壁樣結構在臨床上具有廣泛的適用性。
上海交通大學醫學院上海市免疫學研究所博士齊晶晶為本論文的獨立第一作者，上海市免疫學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研究所的孫宏翔博士、陳磊研究員團隊及測序平臺大力幫助。該研究還得到了來自包括新加坡免疫學聯網的Florent Ginhoux教授、美國TexasA&M大學韓冷教授，瑞金醫院消化科鄒多武主任、王正廷副主任醫師、仁濟醫院膽胰外科劉穎斌主任、中國科技大學劉連新教授等在內的多方合作與鼎力支持。該工作得到了國家自然科學基金、上海市科學技術委員會先導項目的支持。