SMI单细胞空间转录组结合组织芯片揭示cSCC免疫治疗响应的空间生态位机制

研究收集了27例cSCC患者，包括5例NCT04154943试验、19例NCT04710498试验及3例非试验患者。选取治疗前（baseline）、1剂治疗后（post-dose）以及3–4剂治疗后（手术标本）的肿瘤组织样本，制作1.7mm组织芯微阵列（TMA），并采用NanoString CosMx平台进行RNA单细胞空间分子成像。

CosMx SMI空间分子成像

基于每个细胞50个最近邻的基因表达谱进行主成分分析（PCA）和无监督聚类，得到6种空间生态位：

在治疗前的基线样本中，作者发现不同患者肿瘤内部的空间生态位构成存在明显差异。应答者的肿瘤中，更常见的是高抗原呈递生态位、B/浆细胞富集生态位以及炎症型角质形成细胞生态位；而非应答者则更多呈现增殖型角质形成细胞生态位、低抗原呈递髓系生态位和成纤维细胞富集的EMT生态位。作者进一步将前三类生态位定义为有利生态位，并计算其在肿瘤中的比例用于预测疗效。结果显示，该指标在区分应答者与非应答者时的AUC为0.782，高于传统基线PD-L1阳性比例的AUC（0.694），提示空间生态位比例在预测疗效方面优于单纯PD-L1状态。

作者比较了治疗前后基因通路整体变化情况，发现真正对免疫治疗产生病理应答的患者，在接受一次PD-1/PD-L1治疗后，肿瘤内部的转录程序发生了更大幅度的重塑（45个Hallmark基因集中有17个显著改变），而非应答者仅有极少数通路发生变化。应答者表现出氧化磷酸化、糖酵解及IFN-γ响应通路的上调，而非应答者在治疗前已存在较高的IFN-γ和IFN-α响应信号，这种慢性干扰素信号可能反映T细胞耗竭或免疫抑制微环境。也就是说，应答者的肿瘤对治疗产生了明显的分子层面反应，而非应答者整体转录状态相对稳定。但单纯比较全局转录组相似性时，应答者与非应答者之间并没有明显分群，提示决定疗效的关键并不在整体表达强弱，而更可能存在于特定空间结构或局部微环境层面。

对4例有足够样本的患者分析显示，SU009（非应答者，增殖性角质形成细胞生态位为主）存在肿瘤细胞抗原呈递缺陷，干扰素-γ信号上调但B2M和MHC I下调，CD298/B2M蛋白水平降低。SU003（非应答者，低抗原呈递髓系生态位为主）呈现整体抗原呈递下调及干扰素信号减弱。840003007（非应答者，成纤维细胞EMT生态位为主）EMT标志物增加，PD-L1下调。应答者840003009则显示抗原呈递正常上调。作者进一步在独立黑色素瘤队列中构建有利生态位基因特征，证实该signature与免疫治疗应答及生存改善相关。

个体层面空间生态位揭示差异化免疫耐药机制

本研究基于单细胞空间转录组技术，在cSCC新辅助PD-1/PD-L1治疗背景下构建了六种空间生态位模型，证明肿瘤空间结构特征较传统PD-L1表达更能预测治疗反应，并揭示不同患者存在高度异质的免疫逃逸机制。研究结果提示，免疫治疗疗效不仅取决于单一分子表达水平，而是依赖于特定空间生态结构的存在与组合，为后续生物标志物开发与个体化治疗策略提供了新的方向。