幽门螺杆菌相关胃癌中癌症相关成纤维细胞介导免疫调控的空间与功能解析

《Molecular Cancer》：Spatial and functional dissection of cancer-associated fibroblasts-mediated immune modulation in H. pylori-associated gastric cancer

本研究针对幽门螺杆菌(H. pylori)相关胃癌中癌症相关成纤维细胞(CAF)的免疫调控机制尚不明确的问题，通过整合空间转录组学和单细胞RNA测序技术，揭示了THBS1+ CAF通过WNT5-FZD信号轴招募调节性T细胞(Treg)，以及ZFP36通过结合FN1 3'UTR的AU富集元件抑制细胞毒性T淋巴细胞(CTL)活化的双重免疫抑制机制。该研究发表于《Molecular Cancer》，为H. pylori相关胃癌的免疫治疗提供了新的 stromal靶点。

　　

胃癌是全球癌症相关死亡的主要原因之一，其发展涉及遗传、环境和微生物因素的复杂相互作用。其中，幽门螺杆菌(H. pylori)感染被公认为胃癌发生的重要驱动因素，尤其在亚洲地区负担沉重。H. pylori通过诱发慢性炎症、上皮损伤和异型增生，扰乱基质和免疫区室，破坏胃组织稳态，为恶性转化奠定基础。然而，尽管H. pylori感染与胃癌的关联已被广泛研究，但其如何通过重塑肿瘤微环境(TME)，特别是癌症相关成纤维细胞(CAF)的空间组织和功能来调节免疫应答，仍不完全清楚。

胃癌按Lauren分类可分为肠型和弥漫型，两者在形态学、临床病程以及对H. pylori诱导炎症的反应上均存在差异。肠型胃癌更常与慢性萎缩性胃炎和肠上皮化生相关，H. pylori检出率较高；而弥漫型胃癌则更受遗传易感性影响，与感染介导的炎症关系相对较弱。这些差异提示了亚型特异性的肿瘤发生途径，但H. pylori对每种亚型免疫组成和分子特征的具体影响仍需深入阐明。

CAF是TME中的关键调节细胞，已被证明在H. pylori驱动的炎症中起核心作用。临床前研究表明，H. pylori可诱导正常成纤维细胞分化为CAF样细胞，并通过NF-κB/PIEZO1/YAP1/CTGF等信号轴促进CAF招募和细胞外基质(ECM)重塑。一旦激活，CAF可分泌大量细胞因子、趋化因子和ECM成分，共同促进上皮增殖、血管生成和免疫逃逸。尽管先前研究已将CAF区分为祖细胞CAF(proCAF)、炎症性CAF(iCAF)、肌成纤维细胞CAF(myCAF)和基质CAF(matCAF)四种功能亚型，但H. pylori感染如何影响这些亚型的组成及其与癌细胞的空间相互作用，在不同组织学亚型中是否存在差异，仍有待揭示。

空间转录组学作为新兴技术，已成为解码胃癌TME复杂空间结构的有力工具，能够在保持组织结构完整性的同时定位基因表达。结合单细胞RNA测序(scRNA-seq)，可以实现细胞异质性、发育轨迹和细胞间通信的高分辨率表征。本研究通过整合空间和单细胞转录组策略，系统表征了不同亚型胃癌中CAF的空间组织，并评估了H. pylori感染对CAF组成和免疫调节功能的影响，旨在阐明CAF在塑造胃癌免疫抑制微环境中的作用。

为开展此项研究，研究人员整合了来自中国、美国和新加坡三个独立队列的单细胞RNA测序数据，并利用空间转录组学对71例胃癌患者的石蜡包埋(FFPE)肿瘤样本进行了分析。关键实验技术包括CosMx空间分子成像进行空间转录组分析、单细胞RNA测序数据处理与整合、细胞类型注释、邻域富集分析、空间聚集指数(SAI)计算、轨迹推断、细胞间通信分析、激光辅助交联免疫沉淀测序(LACE-seq)鉴定ZFP36靶点、以及利用TCGA和ACRG队列进行生存分析。

研究首先揭示了胃癌不同病理类型具有 distinct 的空间结构、细胞组成和免疫景观。肠型样本中，癌细胞形成 compact 的上皮簇，CAF和免疫细胞富集于肿瘤边缘，形成界限清晰的肿瘤-基质边界；而弥漫型样本则显示癌细胞、CAF和免疫浸润细胞相互混合，肿瘤结构 disorganized。细胞间通信分析进一步表明，肠型胃癌样本表现出更结构化和定向的信号传递，而弥漫型肿瘤则显示出增强但分散的通信，特别是成纤维细胞、T细胞和髓系细胞之间的交互减弱。

CAFs comprise four functional subtypes with distinct spatial distribution preferences

研究人员进一步对CAF进行了空间异质性分析，确认了四种CAF亚型：proCAF、iCAF、matCAF和myCAF。每种亚型在组织切片中表现出不同的分布模式，反映了TME内的功能分区。邻域富集分析显示，iCAF与癌细胞的空间距离最近，定量建模的SAI评分也证实了这一趋势。此外，肠型肿瘤中癌细胞形成 compact 的上皮簇，而弥漫型肿瘤则呈分散分布，SAI评分表明肠型肿瘤中肿瘤细胞的聚类显著高于弥漫型。

Single-cell transcriptomics reveals developmental trajectories and transcriptional features of CAF subtypes

通过整合三个队列的单细胞RNA测序数据，研究人员对超过25万个细胞进行了分析，确认了四种CAF亚型，并发现其在不同队列中均稳定表达各自的标志基因。伪时间轨迹分析表明，proCAF处于发育早期状态，随后分化为iCAF、matCAF和myCAF，提示了多条分化路径和功能特化。通过去卷积分析将单细胞定义的细胞类型投射到空间转录组数据上，验证了亚型定位的一致性，并再次确认iCAF与癌细胞的空间聚集最强。

H. pylori infection remodels CAF composition and induces THBS1 and ZFP36 expression in GC

针对H. pylori感染是否改变GC的基质景观，空间转录组分析显示，感染阳性肿瘤中CAF的丰度显著增加。差异基因表达分析鉴定出THBS1和ZFP36在感染阳性样本中表达显著上调。亚型水平分析表明，THBS1在matCAF中富集表达，而ZFP36优先在proCAF中表达。伪时间轨迹分析显示，THBS1和ZFP36的表达随着成纤维细胞向终末状态分化而增加。转录组相关性分析揭示了THBS1和ZFP36在TCGA和ACRG数据集中均存在强正相关。生存分析表明，任一基因的高表达均预示患者总生存期显著缩短。

THBS1+ CAFs promote Treg recruitment and immune suppression via WNT5-FZDs ligand-receptor interactions

为探究THBS1⁺ CAF在H. pylori阳性GC中的免疫调节作用，研究人员根据空间转录组数据中的THBS1表达对CAF进行分层。THBS1⁺ CAF显著富集了Treg相关信号通路，如FOXP3/TGF-β信号和CD4⁺ T细胞活化通路。对T细胞区室的分析鉴定出六个空间分辨的亚群：CTL、Treg、Th1、Th2、Th17和增殖性T细胞。SAI分析显示，Treg与THBS1⁺ CAF之间存在强烈的空间关联。值得注意的是，THBS1⁺ CAF附近Treg富集度高的肿瘤患者总生存期降低。细胞间通信分析进一步预测了THBS1⁺ CAF与Treg之间优先的配体-受体相互作用，其中WNT5A-FZD6和WNT5B-FZD5信号轴尤为突出。

ZFP36 suppresses FN1+ CAF-mediated cytotoxic T cell activation by post-transcriptional repression

除了Treg招募相关通路，研究人员还探究了其他CAF亚群是否参与不同的免疫调节分子程序。他们重点关注了ZFP36，这是一种通过结合3'非翻译区(3'UTR)中的AU富集元件(ARE)，特别是AUUUA基序，来介导mRNA降解的RNA结合蛋白。相关性分析鉴定出735个既是ZFP36表达的负相关基因，又含有≥5个ATTTA基序的候选靶基因。基因本体(GO)富集分析显示这些靶基因主要参与免疫相关通路。空间特征图显示了ZFP36与选定的免疫调节基因（包括FN1、FAP、INHBA、COL10A1和STC1）的不同表达模式。其中，FN1与ZFP36的负相关性最强，且始终位于预测靶标的前列。LACE-seq数据提供了ZFP36结合FN1 3'UTR的直接证据。通路富集分析强调了ZFP36相关靶标在T细胞活化和共刺激信号中的作用。通过CIBERSORT-ABS评估发现，CAF中FN1的表达与多个T细胞亚群，特别是活化的CD8⁺ T细胞和γδ T细胞呈正相关。配体-受体模型预测，FN1⁺ CAF通过整合素基和检查点相关相互作用（如α5β1-FN1、CD86-CTLA4和TNFSF4-TNFRSF4）与T细胞的交互比FN1^- CAF更广泛。空间细胞间通信网络进一步表明，与FN1^- CAF相比，FN1⁺ CAF与CTL的相互作用更强。

P<0.01;*P<0.001). Bubble plot illustrating predicted ligand-receptor interactions between FN1+/FN1-CAFs and Tcell subtypes. Interaction strength is represented by dot size, and log10-transformed expres-sion values are encoded by color.J Spatial cell-cell interaction networks comparing FN1+ and FN1- CAFs across representative GC samples. Curved lines indicate predicted communication paths with various T cell subtypes, mapped within individual tissue sections'>

本研究通过整合空间和单细胞转录组学，全面表征了胃癌中CAF的景观，揭示了其亚型特异性空间定位、发育轨迹及其在胃癌发病机制中的作用。研究结果强调了THBS1⁺和ZFP36⁺ CAF在调节H. pylori相关胃癌免疫微环境中的关键作用。具体而言，THBS1-WNT5轴通过促进Treg招募和稳定来发挥强大的免疫抑制作用，而ZFP36-FN1轴则通过下调免疫刺激表型来调节免疫排斥和细胞毒性淋巴细胞相互作用，共同维持"免疫冷"TME。这些发现将THBS1⁺和ZFP36⁺ CAF定位为免疫逃避的关键介质，为理解H. pylori感染、基质重塑和胃癌进展之间的机制联系提供了新的视角。

研究阐明了胃癌中CAF亚型的空间和功能异质性，并确定H. pylori感染是CAF免疫调节状态的关键外部调节因子。研究人员提出了两种不同的CAF介导的免疫调节回路：THBS1-WNT5-Treg轴和ZFP36-FN1轴，它们共同促进了感染相关胃癌中免疫抑制TME的建立。这些发现为理解基质-免疫-肿瘤相互作用提供了新的机制见解，并为未来免疫治疗策略中靶向CAF提供了理论依据。该研究发表于《Molecular Cancer》杂志，为开发针对H. pylori相关胃癌的基质靶向疗法奠定了重要基础。