空间转录组学联合单细胞转录组解析疾病微环境
研究背景
肝细胞癌(HCC)是肝癌中最常见的组织学亚型，HCC免疫微环境（TEM）与肿瘤进展和免疫治疗效果密切相关。以往研究大多关注TME中不同细胞成分的作用。然而，TME的具体结构及其对免疫治疗疗效的影响仍然未知。
近期，中国科学技术大学刘连新教授与上海交通大学叶幼琼教授合作在Journal of Hepatology在线发表题为“Identification of a tumour immune barrier in the HCC microenvironment that determines the efficacy of immunotherapy”的研究，提出SPP1+巨噬细胞与肿瘤相关纤维母细胞（CAFs）相互作用形成的肿瘤免疫屏障（TIB）结构在HCC免疫治疗中的限制作用。该研究为HCC的免疫治疗提供了新的理论依据。
研究将空间转录组学（ST）与单细胞RNA测序（scRNA-seq）以及抗PD-1治疗的肝细胞癌（HCC）患者的多重免疫荧光相结合，以揭示与免疫治疗效果相关的TME中的特定空间结构，鉴定出SPP1+巨噬细胞与CAFs相互作用形成的肿瘤免疫屏障（TIB）结构与免疫治疗疗效相关。因此，通过阻断SPP1破坏TIB结构可被认为是提高ICB治疗HCC疗效的一种相关治疗方法。
研究结果
1. 空间转录组学揭示TIB微环境结构与免疫治疗效果相关
为了探索ICB治疗下TME结构的异质性，研究者对8例接受抗PD-1治疗的肝癌患者的肿瘤切片(无反应者5例，反应者3例)和邻近的正常组织切片(n=3)进行了ST，发现SPP1+巨噬细胞与CAF之间存在物理上的相互作用，而且这两类细胞在ICB无响应者中产生了aTIB结构，但在响应者中却不产生；多重免疫组织化学(MIHC)染色结果表明，这两种细胞类型之间的潜在串扰促成了与免疫治疗疗效相关的TIB结构的形成。
2. ICB反应不敏感的肝癌癌旁和肿瘤组织的单细胞转录图谱
为了更好地了解ICB无响应者的细胞组成，研究者 对从6 位ICB无响应者获得的肝癌肿瘤和邻近正常组织进行scRNA-seq检测，发现肿瘤组织中髓系细胞和成纤维细胞的比例显著增加，TME的动态重构在无响应的HCC患者中发挥着重要作用。
3. SPP1+巨噬细胞在具有TIB肿瘤组织中聚集，且与肿瘤进展相关
为了进一步探索具有TIB（肿瘤免疫屏障）结构的ICB无响应者中髓系细胞的异质性，将相邻正常组织中的3034个细胞和肿瘤中的7978个细胞分为12个亚型，发现SPP1+巨噬细胞作为独立亚型存在，可能在TME中发挥重要作用，SPP1+巨噬细胞在肿瘤中的百分比显著增加。生存分析发现SPP1+巨噬细胞与肿瘤进展和缺氧微环境相关
为了分析另一种TIB成分（CAFs）的细胞组成，研究者将肿瘤和邻近正常组织的scRNA-seq数据集中的成纤维细胞亚分类为4个亚型，发现肿瘤组织中CAFs的表达可能与HCC患者预后不良有关，结合ST数据发现SPP1+巨噬细胞和CAF的共存可能与细胞迁移、黏附和细胞外基质组织有关，而且SPP1+巨噬细胞和CAF紧密定位于TIB中，并通过这些配体受体相互作用，促进了TIB结构的形成
5. TIB结构干扰肿瘤与免疫细胞的相互作用限制对免疫治疗的反应
将SPP1+巨噬细胞/CAF和恶性肝细胞其他空间簇的相互作用进行评估，发现在ICB无应答者中，SPP1+巨噬细胞/CAF集群与肝癌的相互作用最强，但与免疫细胞的相互作用较弱；SPP1+巨噬细胞可能与免疫抑制功能有关，CAF可能与细胞外基质组分的产生有关。 SPP1+巨噬细胞相关的TIB结构的形成可能参与了HCC免疫抑制微环境的形成；
mIHC 实验验证出 SPP1 巨噬细胞倾向于定位于肿瘤边界，与CAFs共同构成了免疫抑制微环境。
6. 靶向SPP1破坏TIB结构并使肝癌对免疫治疗敏感
由于SPP1是一种分泌型糖蛋白，其表达与肝癌的免疫抑制微环境密切相关，SPP1的缺失可能会消除CAF对免疫微环境的抑制作用，从而使杀伤T细胞向肿瘤核心渗透。于是研究者建立了一种选择性缺失Spp1的小鼠系进行动物实验，发现小鼠SPP1的阻断或巨噬细胞特异性缺失SPP1导致抗PD-1治疗小鼠肝癌的疗效增强，同时CAF浸润减少，细胞毒性T细胞浸润增加。揭示了TIB结构在免疫治疗中的作用，阻断SPP1+巨噬细胞与恶性肝细胞和CAFs的相互作用，联合抗PD-1治疗可以提高治疗疗效。
研究结果
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