成纤维细胞TGF-β信号通路塑造空间肿瘤生态系统并介导肺腺癌免疫检查点抑制剂耐药性

《Communications Biology》：Fibroblast TGF-β signaling defines spatial tumor ecosystems linked to immune checkpoint blockade resistance

【编辑推荐】本研究针对肺腺癌(LUAD)中基质机制导致CD8+ T细胞耗竭和免疫检查点阻断(ICB)耐药的难题，通过整合单细胞、批量和空间转录组数据，鉴定出一个独特的免疫抑制生态型EC10。该生态型以成纤维细胞驱动的TGF-β信号和上皮-间质转化(EMT)为特征，空间上表现为成纤维细胞、恶性上皮细胞和耗竭CD8+ T细胞的共定位，与免疫排斥和不良预后显著相关。研究揭示了TGFB1-SERPINE1信号轴的关键作用，为克服ICB耐药提供了新的治疗靶点。

　　

肺癌是全球诊断最频繁的恶性肿瘤，也是癌症相关死亡的主要原因，而非小细胞肺癌(NSCLC)占据了疾病格局的主导地位。尽管基因组学靶向治疗和免疫治疗（包括免疫检查点抑制剂）已成为晚期NSCLC的有希望选择，但总体5年生存率仍然令人失望。这些结果强调了肿瘤免疫微环境在塑造肺腺癌(LUAD)异质性中的关键作用，并凸显了分子定制治疗对改善患者预后的日益增长的重要性。

最近的研究越来越多地将肿瘤定义为复杂的生态系统，其中肿瘤细胞、免疫细胞和基质成分参与复杂的相互作用，共同影响肿瘤发生、预后和治疗反应。除了肿瘤细胞本身，不同细胞类型、它们的状态以及在这个生态系统中的相互作用是癌症行为的关键决定因素。单细胞基因组学、空间转录组学和多重成像的进步彻底改变了我们在前所未有的分辨率下剖析肿瘤微环境(TME)的能力，揭示了控制肿瘤进展和免疫检查点抑制剂疗效的细胞群体和状态。然而，这些方法通常专注于特定的肿瘤类型或小队列，限制了它们完全捕捉肿瘤生态系统异质性的能力。

在这项发表于《Communications Biology》的研究中，研究人员通过整合单细胞、批量和空间转录组数据集，使用EcoTyper机器学习框架，在肺腺癌中鉴定出12个多细胞生态型。其中，EC10作为一种独特的免疫抑制生态型脱颖而出，其特征是TGF-β信号传导和上皮-间质转化(EMT)富集。EC10表现出成纤维细胞、恶性上皮细胞和耗竭CD8⁺ T细胞的空间共定位，并且与免疫排斥、不良无进展生存期和升高的TIDE评分一致相关。

关键技术方法

研究整合了多组学数据，包括12个单细胞RNA测序(scRNA-seq)数据集（来自Salcher et al.）、5个批量RNA测序数据集（GSE11969、GSE13213等）和4个空间转录组样本（来自Takano et al.）。采用EcoTyper机器学习框架进行细胞状态和生态型发现，使用cell2location进行空间细胞定位，应用CellChat和NicheNet分析细胞间通讯，并通过Gene Set Variation Analysis(GSVA)和Gene Set Enrichment Analysis(GSEA)进行通路富集分析。

研究结果

肺腺癌生态系统的表征和鉴定

通过EcoTyper分析，研究人员从12个scRNA-seq数据集中鉴定出12个多细胞生态型(E1-E12)。其中EC10 consistently emerged as the most survival-associated ecotype，其特征是恶性上皮细胞(S06)、成纤维细胞(S08)和CD8⁺ T细胞(S01)的富集。生存分析显示，EC10患者在多个数据集中均表现出显著较差的生存结局。

NSCLUAD生态型的分子特征

GSVA分析显示EC10在TGF-β信号通路和EMT方面显著富集，而EC12则在干扰素相关通路方面富集。细胞组成分析表明EC10主要由恶性上皮细胞、成纤维细胞和CD8⁺ T细胞组成，而EC12则包含CD4⁺ T细胞、CD8⁺ T细胞和NK细胞。细胞间通讯分析揭示了成纤维细胞与恶性上皮细胞以及CD8⁺ T细胞之间的强烈信号传导。

EC10生态型的验证和ICB反应预测

在四个独立的免疫检查点阻断治疗的NSCLC LUAD队列中，EC10患者表现出显著较差的无进展生存期。TIDE分析显示EC10具有较高的免疫排斥评分和较低的免疫功能失调评分，大多数被分类为免疫检查点阻断无应答者。癌症相关成纤维细胞(CAF)评分与免疫检查点基因(LAG3和TIGIT)表达呈强正相关。

空间转录组分析

空间分析显示EC10区域中TGFB1-SERPINE1共表达以及耗竭标志物(PDCD1、CTLA4、LAG3和TIGIT)共定位增强。"激活侵袭和转移"以及"避免免疫破坏"的标志评分在EC10区域显著升高，表明TGF-β信号在介导肿瘤进展和免疫逃逸中的关键作用。

研究结论与意义

本研究通过多组学整合分析，将EC10确定为肺腺癌中一种由成纤维细胞驱动的免疫抑制生态系统，其特征是TGF-β信号通路活化、上皮-间质转化和CD8⁺ T细胞耗竭。该生态型与免疫检查点抑制剂耐药和不良预后显著相关，揭示了TGFB1-SERPINE1信号轴在介导免疫抑制中的核心作用。

这些发现不仅深化了我们对肺腺癌异质性的理解，更重要的是为临床治疗策略提供了新的方向。靶向TGF-β轴可能成为克服免疫检查点抑制剂耐药的有效策略，而生态型分析为患者分层和个性化治疗提供了有希望的生物标志物平台。该研究建立的ecotype-based profiling策略为肿瘤免疫治疗的临床转化提供了创新性框架。

研究的局限性包括队列规模相对有限、缺乏实验验证以及回顾性分析性质，未来需要更大规模的前瞻性研究和实验验证来进一步证实这些发现。扩展空间转录组分析到其他NSCLC亚型或转移性肺腺癌，将有助于更全面理解肿瘤生态系统的多样性。