间皮瘤细胞向癌症相关成纤维细胞转化的单细胞转录组学证据及其临床意义

《CELL DEATH AND DIFFERENTIATION》：Fibroblast-like cells in mesothelioma can derive from tumor cells

本研究针对胸膜间皮瘤(PM)中癌症相关成纤维细胞(CAFs)起源不明的关键问题，通过单细胞RNA测序(scRNA-seq)和患者来源类器官(PDO)模型，首次发现间皮瘤细胞可转化为癌症来源的成纤维样细胞(CDFs)。该研究证实CDFs携带与肿瘤细胞相同的基因组重排，表达αSMA但缺失BAP1/MTAP等抑癌蛋白，挑战了CAFs仅来源于正常基质细胞的传统认知，为靶向肿瘤细胞可塑性治疗提供了新思路。

　　

在胸膜间皮瘤(PM)这一具有高度侵袭性的癌症研究领域，科学家们长期面临着一个关键谜题：肿瘤微环境(TME)中那些看似支持肿瘤生长的癌症相关成纤维细胞(CAFs)，究竟从何而来？传统观点认为，CAFs主要来源于正常的成纤维细胞或其他基质细胞，但这一假设在间皮瘤中始终缺乏直接证据。更令人困惑的是，间皮瘤细胞本身源自具有显著可塑性的间皮细胞，这些细胞在炎症刺激下能够通过间皮-间质转化(MMT)过程分化为成纤维细胞样细胞。这种发育上的亲缘关系是否意味着间皮瘤细胞也可能"伪装"成CAFs，从而在肿瘤微环境中扮演双重角色？

为了解开这一谜团，由Jose M. Garcia-Manteiga领导的研究团队在《CELL DEATH AND DIFFERENTIATION》上发表了突破性研究。他们通过先进的单细胞转录组学技术，结合患者来源类器官模型和多组学分析，首次证实间皮瘤中的部分CAFs确实直接来源于肿瘤细胞本身。这一发现不仅挑战了人们对CAFs起源的传统认知，更为理解间皮瘤的发病机制和治疗抵抗提供了全新视角。

研究人员首先建立了来自非恶性胸膜和PM患者活检样本的单细胞图谱，通过10x Chromium平台对1075个高质量细胞进行测序，成功识别出7个主要细胞群体。他们发现间皮瘤细胞与正常间皮细胞在基因表达谱上高度相似，均表达KRT18和MSLN等标志物，但间皮瘤细胞特异地表现出mTOR信号通路、氧化磷酸化和EMT通路的富集。

研究的关键突破来自于患者来源类器官(PDO)模型的建立。团队成功培养了来自PM活检的类器官，这些类器官在Matrigel中生长良好，并保留了原始肿瘤的组织学特征。令人惊讶的是，scRNA-seq分析显示PDOs中出现了大量具有成纤维细胞特征但携带肿瘤特异性拷贝数变异(CNVs)的细胞群体。通过Numbat算法分析，研究人员确认这些成纤维样细胞与间皮瘤细胞共享相同的基因组重排，证明它们确实起源于肿瘤细胞。

为了验证这一发现在原始肿瘤中的真实性，研究人员回头分析了PM活检样本。在患者MOSR9中，他们利用染色体9p13的特异性拷贝中性杂合性缺失(CNLoH)作为遗传标记，发现67个CAFs携带与肿瘤细胞相同的基因组异常。类似的结果在多个患者中得到重复，特别是在肉瘤样间皮瘤中，CDFs的比例显著更高。

在蛋白水平上，通过双重免疫组化染色，研究团队确认了CDFs的存在：这些细胞同时表达α平滑肌肌动蛋白(αSMA)但缺失MTAP或BAP1抑癌蛋白。多重免疫组化(mIHC)进一步量化了CDFs在不同患者中的分布，发现它们占CAFs总数的20%-86%，且在肿瘤内不同区域分布不均。

主要技术方法

本研究整合了多种前沿技术：从San Raffaele医院获取的临床样本进行单细胞RNA测序(10x Chromium平台)；建立患者来源类器官(PDO)培养体系；运用Numbat算法从scRNA-seq数据中识别拷贝数变异；通过免疫组化(IHC)和多重免疫组化(mIHC)进行蛋白水平验证；利用Seurat软件进行单细胞数据分析包括UMAP降维和细胞聚类。

研究结果

间皮细胞与间皮瘤细胞共享相似的转录谱

通过比较非恶性胸膜和PM活检样本，研究发现间皮瘤细胞保留了间皮细胞的大部分基因表达特征，包括KRT18、MSLN等标志物。差异主要体现在与炎症反应和细胞增殖相关的通路上，而非细胞身份决定基因。

间皮瘤患者活检可培养为患者来源类器官

所有活检样本均成功建立PDO模型，这些类器官保持原始肿瘤的组织学特征，但免疫细胞显著减少。scRNA-seq显示PDOs中间皮瘤细胞表现出纤维化和EMT通路的上调，同时代谢和免疫相关通路下调。

间皮瘤活检的单细胞测序显示部分肿瘤细胞具有成纤维样基因表达谱

关键发现是识别出携带肿瘤CNVs的成纤维样细胞(CDFs)。在17例可评估患者中，10例存在CDFs，且在肉瘤样亚型中比例更高。转录组空间分析显示表达EMT特征的细胞形成连接间皮瘤集群与CAF集群的"轨迹"。

蛋白水平分析证实癌症来源成纤维样细胞的存在

双重免疫组化显示αSMA阳性但MTAP/BAP1阴性的CDFs群体。多重免疫组化定量分析表明CDFs占CAFs的显著比例(20%-86%)，且在肿瘤内分布不均匀，提示局部微环境影响其分化。

讨论与意义

这项研究从根本上改变了我们对胸膜间皮瘤中CAFs起源的理解。传统上认为CAFs来源于正常的基质细胞，而本研究首次证实间皮瘤细胞能够通过转录组重编程获得成纤维样表型，成为癌症来源的成纤维样细胞(CDFs)。这一发现的重要意义在于：首先，它揭示了肿瘤细胞可塑性的新维度，表明肿瘤细胞不仅能够增殖侵袭，还能"伪装"成基质细胞参与构建支持自身生长的微环境；其次，CDFs的存在可能解释间皮瘤对传统治疗的抵抗性，因为这些细胞可能通过表达特定的基质基因来获得生存优势；最后，研究结果提示靶向间皮瘤向CAF转化的过程可能成为新的治疗策略。

特别值得注意的是，这种转化可能源于间皮细胞固有的可塑性。正如研究指出的，正常间皮细胞在炎症刺激下能够通过MMT转化为成纤维样细胞，而间皮瘤细胞似乎保留了这种发育潜能。这种机制可能不仅限于间皮瘤，在其他起源于具有高度可塑性细胞的癌症中可能同样存在。

研究的临床意义深远：CDFs的丰度可能与患者预后相关，特别是在肉瘤样间皮瘤中观察到的更高比例的CDFs可能解释了该亚型更具侵袭性的临床行为。未来针对CDFs特异性标志物的治疗策略，可能为改善间皮瘤这一难治性癌症的治疗效果提供新的希望。