胶质母细胞瘤中COL6A3+成纤维细胞通过GPNMB+巨噬细胞空间重编程促进血管纤维化的机制研究

《Genome Medicine》：Spatial-reprogramming derived GPNMB+ macrophages interact with COL6A3+ fibroblasts to enhance vascular fibrosis in glioblastoma

本研究针对胶质母细胞瘤(GBM)患者对新辅助免疫检查点阻断(ICB)联合抗血管生成治疗耐药的关键临床问题，通过整合单细胞转录组与空间转录组分析，首次揭示了COL6A3+肿瘤相关成纤维细胞(TAFs)通过TGFβ3/CSF1轴驱动ICAM1+单核来源巨噬细胞(MDMs)向免疫抑制性GPNMB+ MDMs的空间重编程，进而通过GPNMB-ITGB5相互作用促进血管纤维化及T细胞排斥的创新机制。该研究发表于《Genome Medicine》，为克服GBM免疫治疗耐药提供了新的靶向策略。

　　

胶质母细胞瘤(GBM)作为最具侵袭性的原发性中枢神经系统肿瘤，患者中位生存期仍不足15个月。尽管新辅助治疗策略特别是免疫检查点阻断(ICB)联合抗血管生成治疗在多种癌症中展现出显著疗效，但在GBM治疗中却收效甚微。这种治疗抵抗主要归因于GBM独特的肿瘤微环境(TME)——富含免疫抑制性的肿瘤相关巨噬细胞(TAMs)以及由肿瘤相关成纤维细胞(TAFs)介导的异常肿瘤血管系统。然而，由于传统认为大脑中缺乏成纤维细胞，TAFs在GBM中的作用长期被忽视。理解GBM中基质细胞与免疫细胞间的复杂相互作用，特别是揭示治疗抵抗的细胞分子机制，成为突破当前治疗瓶颈的关键。

为深入探究这一科学问题，Du等研究人员在《Genome Medicine》上发表了最新研究成果。他们通过整合61例胶质瘤患者（包括新诊断GBM、低级别胶质瘤、复发GBM以及新辅助治疗应答与非应答者）的单细胞RNA测序(scRNA-seq)数据和空间转录组数据，结合多重免疫组化(mIHC)、原子力显微镜(AFM)、流式细胞术、体外细胞共培养及患者来源胶质瘤类器官(GBO)等多种实验技术，系统描绘了GBM的基质细胞图谱，并揭示了COL6A3⁺ TAFs与GPNMB⁺ MDMs之间形成正反馈环路驱动治疗抵抗的新机制。

关键研究方法概述

研究团队主要运用了以下核心技术：1) 整合多中心scRNA-seq与空间转录组数据构建GBM基质细胞图谱；2) 利用机器学习算法(10种算法组合)评估COL6A3⁺ TAFs和GPNMB⁺ MDMs的预后及免疫学价值；3) 通过CellChat、NicheNet等算法推断细胞间通讯；4) 采用Slingshot和Monocle 2进行细胞轨迹推断；5) 使用CIBERSORTx对批量RNA-seq数据进行细胞类型反卷积分析；6) 通过患者来源原代细胞培养、Transwell实验、酶联免疫吸附试验(ELISA)等验证细胞互作机制；7) 借助原子力显微镜量化细胞基质刚度变化。

基质细胞图谱揭示COL6A3⁺ TAFs在新辅助治疗应答者中显著减少

研究人员首先对13,143个基质细胞进行无偏倚分群，鉴定出6个基质细胞亚群：CHI3L1⁺ TAFs、COL6A3⁺ TAFs、TYMS⁺ TAFs、MKI67⁺ TAFs、平滑肌细胞(SMCs)和周细胞。其中，COL6A3⁺ TAFs高表达COL6A3、COL3A1、COL1A1等胶原基因及MMP2、CTHRC1等胞外基质调控基因，功能富集于胞外基质组织、胶原纤维组织等过程，表现出基质成纤维细胞的典型特征。

细胞比例分析显示，与新诊断GBM患者或新辅助治疗无应答者相比，应答者中COL6A3⁺ TAFs的浸润比例显著降低。生存分析进一步证实，COL6A3⁺ TAFs高浸润与GBM患者不良预后密切相关。

鉴定具有相反预后特征的两个MDM亚型

对40,184个髓系细胞的深入分析揭示了8个MDM亚群：TREM2⁺ MDMs、GPNMB⁺ MDMs、ICAM1⁺ MDMs、ISG⁺ MDMs、HSP⁺ MDMs以及两个单核细胞亚群。其中，GPNMB⁺ MDMs高表达缺氧应答基因(GPNMB、BNIP3)，而ICAM1⁺ MDMs则高表达炎症及血管生成相关基因(IL1B、VEGFA、ICAM1)。

预后分析显示，GPNMB⁺ MDMs高浸润提示不良预后，而ICAM1⁺ MDMs则与较好预后相关。功能实验证实，ICAM1⁺ MDMs能够激活T细胞，而GPNMB⁺ MDMs则诱导T细胞耗竭。

MDMs与TAFs在空间分辨率下共定位于特定病理生态位

空间转录组分析显示，MES样肿瘤细胞与GPNMB⁺ MDMs主要富集于假栅栏状坏死区(PAN)，而ICAM1⁺ MDMs与COL6A3⁺ TAFs则共定位于微血管增殖区(MVP)。这种空间共定位提示了细胞间潜在的相互作用。

COL6A3⁺ TAFs通过TGFβ3和CSF1介导ICAM1⁺ MDMs向GPNMB⁺ MDMs的空间重编程

伪时间轨迹分析表明，MDMs的分化轨迹从单核细胞经ICAM1⁺ MDMs最终向GPNMB⁺ MDMs转变。细胞通讯分析发现，COL6A3⁺ TAFs通过分泌TGFβ3和CSF1，作用于ICAM1⁺ MDMs上的TGFBR1/TGFBR2和CSF1R，驱动其向GPNMB⁺ MDMs的重编程。

体外实验验证表明，TAF条件培养基(TAF-CM)可诱导ICAM1⁺ MDMs中GPNMB表达上调，而sotuletinib(CSF1R抑制剂)和抗TGFβ3抗体可阻断此过程。患者来源GBO模型进一步证实了COL6A3⁺ TAFs在驱动MDM重编程中的关键作用。

COL6A3⁺ TAFs通过GPNMB/ITGB5相互作用增强血管纤维化并导致T细胞排斥

研究发现，GPNMB⁺ MDMs分泌的可溶性GPNMB(sGPNMB)与COL6A3⁺ TAFs表面的整合素ITGB5结合，激活PI3K-Akt信号通路，促进胶原分泌和基质硬化。

原子力显微镜检测显示，sGPNMB处理显著增加COL6A3⁺ TAFs的杨氏模量（基质刚度），而西仑吉肽(cilengitide, αVβ3/αVβ5整合素抑制剂)可逆转此效应。临床样本分析证实，无应答者肿瘤血管周围形成致密的COL6A3胶原屏障，物理阻隔T细胞浸润。

COL6A3⁺ TAFs和GPNMB⁺ MDMs高浸润与免疫治疗耐药相关

研究人员利用10种机器学习算法构建了基于COL6A3⁺ TAFs和GPNMB⁺ MDMs特征基因的预后模型，在多个独立队列中验证了其预测效能。分析显示，这两个细胞亚群的高浸润与免疫治疗耐药显著相关，且与较高的肿瘤免疫功能障碍和排斥(TIDE)评分一致。

研究结论与意义

本研究系统揭示了GBM中COL6A3⁺ TAFs与GPNMB⁺ MDMs之间形成的正反馈环路是驱动新辅助联合治疗耐药的关键机制。

COL6A3⁺ TAFs通过分泌TGFβ3和CSF1，诱导血管周ICAM1⁺ MDMs发生空间重编程，转变为定位于假栅栏状坏死区的免疫抑制性GPNMB⁺ MDMs；反过来，GPNMB⁺ MDMs通过GPNMB-ITGB5相互作用促进COL6A3⁺ TAFs介导的胶原沉积，导致血管纤维化和T细胞排斥。该研究不仅首次明确了COL6A3作为GBM特异性TAFs的标志物，而且揭示了基质细胞-免疫细胞互作在塑造免疫抑制微环境中的核心作用。针对这一通路，研究提出西仑吉肽靶向干预策略，为克服GBM免疫治疗耐药提供了新的治疗思路。这一发现对理解实体瘤微环境中基质细胞与免疫细胞间的复杂调控网络具有重要理论意义，也为开发联合靶向治疗方案奠定了坚实基础。