单细胞与空间转录组解码肺腺癌中上皮-成纤维细胞互作的关键机制及预后标志物

本研究通过整合单细胞RNA测序(scRNA-seq)和空间转录组技术，系统解析了肺腺癌(LUAD)肿瘤微环境中上皮细胞与成纤维细胞的异质性互作网络。研究人员鉴定出8个上皮亚群(如MUC21+Epi)和9个成纤维细胞亚群(如Fb_IGFBP4)，发现COL1A1/SDC4介导的MK信号通路在肿瘤中显著激活，并构建了基于ADAM10等6个基因的MCI预后评分模型(AUC>0.6)，为LUAD的精准治疗提供了新靶点。

　　

肺癌作为全球癌症相关死亡的首要原因，每年导致约180万人死亡，其中非小细胞肺癌(NSCLC)占主导地位。随着肺腺癌(LUAD)逐渐成为NSCLC的主要病理亚型，其显著的细胞异质性和复杂的肿瘤微环境给治疗带来巨大挑战。尽管单细胞RNA测序(scRNA-seq)技术已揭示部分肿瘤异质性，但上皮细胞与基质细胞间的精确互作机制仍不明确，特别是成纤维细胞亚群如何通过空间组织协同驱动肿瘤进展尚待阐明。

中国江西省宜春市丰城市人民医院肿瘤科的研究团队在《Journal of Cancer Research and Clinical Oncology》发表的研究，通过整合21例LUAD患者的scRNA-seq数据和空间转录组分析，系统绘制了上皮-成纤维细胞互作图谱。研究采用Seurat和Harmony进行细胞聚类与批次校正，利用inferCNV区分恶性细胞，通过CellChat解析细胞通讯网络，结合MEBOCOST分析代谢互作，并应用CellTrek进行空间定位验证。最终基于关键亚群标志基因构建了多变量Cox预后模型。

研究结果首先通过单细胞图谱揭示了LUAD的细胞组成特征。UMAP分析鉴定出10个主要细胞类群，发现肿瘤组织中上皮细胞和T细胞显著富集。深入聚类识别出8个上皮亚群，其中MUC21⁺Epi和ASCL1⁺Epi显示高拷贝数变异(CNV)，而SFTPC⁺Epi在正常组织中占优。轨迹分析揭示SFTPC⁺Epi向RTKN2⁺Epi等状态分化的5条进化路径。

在成纤维细胞异质性方面，研究鉴定出9个功能各异的亚群。Fb_IGFBP4与不良预后显著相关(p=0.0024)，其标志基因富集于高尔基体运输等通路。空间分析显示Fb_COL11A1和Fb_IGFBP4在肿瘤中特异性扩增，与正常组织中富集的Fb_MFAP5形成鲜明对比。

细胞互作分析发现肿瘤中COL1A1/SDC4介导的MK信号通路活性显著增强。Circos图显示Fb_IGFBP4通过MK通路与MUC21⁺Epi形成强互作，而胶原通路在Fb_COL11A1与上皮细胞间异常激活。代谢分析揭示ASC1L⁺Epi与Fb_COL11A1在肿瘤中建立独特的代谢共生关系。

空间共定位分析直观展示了MKI67⁺Epi与成纤维细胞在肿瘤区域的紧密接触，这种组织结构在正常肺组织中完全缺失。基于关键亚群标志基因，研究构建了包含ADAM10、MARVELD1等6个基因的MCI预后评分系统，该评分能有效区分高低风险组(p<0.0001)，其预测效能(AUC>0.6)优于传统TNM分期。

这项研究的重要意义在于首次系统描绘了LUAD中上皮-成纤维细胞互作的空间图谱，揭示了COL1A1/SDC4-MK通路作为基质-上皮协同驱动的关键机制。提出的MCI评分模型为临床预后评估提供了新工具，而Fb_IGFBP4等亚群的鉴定为靶向肿瘤微环境的治疗策略开辟了新途径。研究采用的单细胞与空间多组学整合方法，为深入理解实体瘤的生态系统建立了范式。