多组学分析揭示癌症相关成纤维细胞在皮肤鳞状细胞癌中的作用机制

《Cancer Cell International》：Multi-omics analysis unveils the role of cancer-associated fibroblasts in cutaneous squamous cell carcinoma

本研究针对HPV感染与皮肤鳞状细胞癌（CSCC）进展关联机制不清的问题，通过整合单细胞RNA测序（scRNA-seq）和空间转录组（stRNA-seq）数据，系统解析了CSCC肿瘤微环境（TME）的细胞异质性。研究发现癌症相关成纤维细胞（CAFs）中iCAFs-CXCL2亚型通过MDK-ITGA6配体-受体对促进肿瘤迁移侵袭，而iCAFs-PLA2G2A亚型发挥抑癌作用，为CSCC诊断和预后提供了潜在生物标志物。

　　

在阳光炙烤的皮肤下，一场隐秘的细胞战争正在上演。皮肤鳞状细胞癌（Cutaneous Squamous Cell Carcinoma, CSCC）作为第二常见的非黑色素瘤皮肤癌，虽然多数病例可通过手术切除获得良好预后，但其全球发病率持续攀升，且具有高复发率、神经浸润和局部转移等特点，导致死亡率显著上升。更令人困惑的是，人类乳头瘤病毒（Human Papillomavirus, HPV）感染与CSCC发病风险增加密切相关，但HPV究竟如何影响肿瘤微环境（Tumor Microenvironment, TME）并驱动癌症进展，至今仍是未解之谜。

以往研究提出了"hit-and-run"理论，认为β-HPV在UV驱动的CSCC起始阶段发挥作用，但在肿瘤维持中消失。然而，无论是免疫抑制患者还是免疫正常个体，β-HPV感染都与CSCC发生风险增加相关，暗示其中存在复杂的调控机制。肿瘤微环境中的各种细胞成分，特别是癌症相关成纤维细胞（Cancer-Associated Fibroblasts, CAFs），在HPV相关癌症中扮演着关键角色，但它们在CSCC中的具体功能和异质性仍有待阐明。

为了解决这些科学问题，昆明理工大学附属医院云南省第一人民医院皮肤科的研究团队在《Cancer Cell International》上发表了最新研究成果。研究人员通过整合分析多个公共数据库的单细胞RNA测序（scRNA-seq）和空间转录组（stRNA-seq）数据，结合多重免疫组化（mIHC）和体外实验验证，首次系统描绘了HPV阳性和阴性CSCC的肿瘤微环境细胞图谱，揭示了CAFs亚型在CSCC进展中的双重作用。

关键技术方法

研究整合了GEO数据库中5个scRNA-seq数据集和1个stRNA-seq数据集，共包含18例CSCC样本、10例正常组织、1例原位鳞癌（SCCIS）、1例HPV+ CSCC和1例癌旁组织。使用Seurat软件包进行数据质控、标准化和批次校正，通过Harmony算法消除批次效应。细胞聚类和注释基于CellMarker 2.0和ACT数据库，CAFs亚型分析采用Monocle 2和CytoTRACE进行细胞轨迹推断。细胞通讯分析使用CellChat和NICHES软件，实验验证包括人皮肤癌组织芯片mIHC分析、原代CAFs与SCL1细胞系共培养、伤口愈合和Transwell实验。

识别CSCC中的不同细胞类型

研究人员首先对169,421个细胞进行聚类分析，成功识别出10种主要细胞类型：上皮细胞、髓系细胞、T细胞、成纤维细胞、内皮细胞、B细胞、平滑肌细胞、肥大细胞、黑色素细胞和毛囊细胞。值得注意的是，与HPV阴性皮肤组织相比，HPV阳性皮肤组织中上皮细胞比例显著减少，而成纤维细胞比例明显增加。同时，无论是HPV阳性还是阴性，肿瘤组织中的成纤维细胞比例均高于正常非肿瘤组织，表明成纤维细胞富集是CSCC肿瘤微环境的特征性改变。

识别CSCC中的八种CAF亚型

深入研究成纤维细胞的异质性，团队发现了8种主要的CAF亚型：收缩基质CAFs（mCAFs）、细胞外基质CAFs（ECM-CAFs）、血管CAFs（vCAFs）、分裂CAFs（dCAFs）、免疫调节CAFs-CXCL2（iCAFs-CXCL2）、免疫调节CAFs-PLA2G2A（iCAFs-PLA2G2A）、抗原呈递CAFs（apCAFs）和上皮间质转化样CAFs（EMT-like CAFs）。分布分析显示，iCAFs-PLA2G2A在正常皮肤组织中更丰富，而iCAFs-CXCL2在肿瘤组织中比例更高，提示两者在肿瘤进展中可能发挥相反作用。

CSCC中CAF亚型的通路富集分析

功能分析显示，iCAFs-CXCL2显著富集于IL-17、TNF-α、EGFR、MAPK等信号通路，这些通路与HPV感染期间的持续炎症和免疫抑制密切相关。而iCAFs-PLA2G2A主要参与补体和凝血级联反应，以及OSM和MCSF信号通路，表明其可能发挥肿瘤抑制作用。

不同CAF亚型的细胞轨迹

细胞轨迹分析揭示，dCAFs和vCAFs代表分化起始状态，而iCAFs-CXCL2、iCAFs-PLA2G2A和mCAFs处于终末分化阶段。基因表达动态显示，IFI6和ISG15等基因在iCAFs-CXCL2分化过程中表达上调，提示这些基因在CSCC进展中发挥重要作用。

HPV阳性和阴性肿瘤组织中的细胞通讯分析

细胞互作分析显示，与正常组织相比，CSCC组织中的细胞相互作用数量和强度均显著增加。成纤维细胞发出最强的信号，而上皮细胞接收更多信号。MDK（midkine）通路被鉴定为成纤维细胞与上皮细胞通讯的主要途径，其中MDK-ITGA6配体-受体对在肿瘤组织中表达显著上调。

空间组织中的细胞通讯

空间转录组分析进一步证实了MDK-ITGA6对在CSCC肿瘤组织中的显著表达，特别是在肿瘤区域表现出明显的共定位信号。

mIHC分析MDK和ITGA6在CSCC中的表达

组织芯片mIHC分析显示，CSCC肿瘤组织中MDK和ITGA6阳性细胞数量显著高于正常组织，且两者在肿瘤组织中存在明显的共定位。

MDK介导的CAF促进CSCC肿瘤进展

体外实验证实，CAFs与SCL-1细胞共培养可促进肿瘤细胞迁移和侵袭，而敲低CAFs中MDK表达则显著抑制这一过程，表明MDK介导的CAFs通过MDK-ITGA6轴促进CSCC进展。

研究结论与意义

该研究首次提供了HPV阳性和阴性CSCC的全面细胞图谱，揭示了CAFs异质性在肿瘤进展中的关键作用。特别重要的是，研究发现iCAFs-CXCL2和iCAFs-PLA2G2A两个亚型在CSCC中发挥相反功能：前者通过MDK-ITGA6信号轴促进肿瘤进展，后者则可能抑制肿瘤生长。这一发现不仅深化了对CSCC肿瘤微环境的理解，也为开发新的诊断标志物和治疗靶点提供了重要线索。

MDK作为肝素结合生长因子，在肿瘤生长、转移、侵袭、血管生成和耐药性中发挥关键作用。本研究证实CAF来源的MDK通过ITGA6受体促进CSCC细胞迁移和侵袭，为靶向MDK-ITGA6轴的精准治疗提供了实验依据。虽然研究在HPV阳性CSCC中的功能验证因样本限制未能深入，但描述性分析提示类似的CAF-肿瘤相互作用机制，为后续研究指明了方向。

这项多组学整合分析不仅为CSCC生物学提供了新的见解，更重要的是提出了针对特定CAF亚型的治疗策略，可能为目前治疗选择有限的晚期CSCC患者带来新的希望。未来研究需要进一步阐明HPV感染如何特异性调节CAF功能，以及靶向iCAFs-CXCL2亚型是否能够改善HPV相关CSCC的治疗效果。