衰老相关成纤维细胞分泌CTHRC1通过Notch信号通路促进肝细胞癌干细胞特性的机制研究

本研究针对肝细胞癌(HCC)中衰老相关成纤维细胞(SCAFs)的促癌机制展开深入探索。研究人员通过单细胞测序和机器学习构建了CAF衰老评分(CSscore)预后模型，首次揭示SCAFs通过SOX4-CTHRC1-Notch1信号轴增强肿瘤干细胞特性。该研究不仅为HCC预后评估提供了新型分子标志物，更为靶向肿瘤微环境的治疗策略提供了理论依据，具有重要临床转化价值。

　　

肝细胞癌(HCC)是全球癌症相关死亡的第三大原因，其中90%的原发性肝癌属于HCC。尽管诊疗技术不断进步，HCC的早期诊断和有效治疗仍是重大挑战。越来越多的证据表明，癌症干细胞(CSCs)因其致瘤性、自我更新、转移和化疗抵抗特性，是HCC进展的关键驱动因素。与此同时，细胞衰老作为"癌症标志"之一，在调节肿瘤生物学中起着关键作用。衰老细胞经历不可逆的细胞周期停滞，并表现出促炎表型，即衰老相关分泌表型(SASP)。特别值得注意的是，癌症相关成纤维细胞(CAFs)作为肿瘤微环境(TME)中主要的基质成分，其衰老状态(SCAFs)对肿瘤生物学产生深远影响。然而，SCAFs在HCC中的具体机制和临床意义尚未完全阐明。

为回答这些问题，Hai Huang等研究人员在《Cell Communication and Signaling》发表了题为"Senescent fibroblasts secrete CTHRC1 to promote cancer stemness in hepatocellular carcinoma"的研究论文。该研究系统性地解析了HCC微环境中细胞衰老特征，发现CAFs表现出最高的衰老评分，并与癌症干性显著相关。通过整合多种机器学习算法，研究人员构建了基于10个基因(CTHRC1、SERPINE1等)的CAF衰老评分(CSscore)预后模型，能准确预测HCC患者的预后、免疫浸润和治疗反应。更重要的是，研究通过体内外实验证实SCAFs分泌的CTHRC1通过SOX4-CTHRC1-Notch1轴促进癌症干性和转移，为HCC治疗提供了新的靶点。

关键技术方法包括：1) 利用GSE149614单细胞RNA测序数据集分析HCC微环境细胞衰老特征；2) 通过TCGA、ICGC和NODE数据库获取HCC基因表达和临床数据；3) 采用随机森林(RF)、XGBoost、GBM和LASSO四种机器学习算法筛选关键基因；4) 建立CAF原代培养和H₂O₂/顺铂诱导的SCAFs模型；5) 开展免疫荧光、Western blot、Transwell、球体形成等功能实验；6) 构建小鼠原位肝癌模型验证CTHRC1作用；7) 采用染色质免疫沉淀(ChIP)验证转录因子结合。

CAFs在HCC微环境中表现出高衰老状态并与癌症干性相关

通过分析单细胞RNA测序数据发现，CAFs在HCC微环境中表现出最高的衰老评分。免疫荧光证实了α-SMA⁺p21⁺的SCAFs存在。基因集富集分析(GSEA)显示高衰老CAFs组显著富集干性和上皮间质转化(EMT)通路。细胞间通讯分析揭示高衰老CAFs与高干性上皮细胞亚群存在更强相互作用。

构建CAF衰老评分预后模型

通过四种机器学习算法筛选出10个关键基因构建CSscore模型，在TCGA、ICGC和CHCC队列中均能有效预测患者预后。高CSscore组表现出更差的生存结局，并与晚期临床分期、更高肿瘤突变负荷(TMB)相关。免疫分析显示CSscore与免疫抑制性细胞(如M2巨噬细胞)呈正相关，与抗肿瘤免疫细胞(如CD8⁺T细胞)呈负相关。

SCAFs促进HCC干性和转移

体外实验表明，SCAFs条件培养基显著增强HCC细胞增殖、迁移、侵袭、自我更新和索拉非尼耐药能力。Western blot显示干性标志物(CD44、Nanog等)和EMT相关蛋白表达上调。小鼠原位模型证实SCAFs促进肿瘤生长和肺转移。

CTHRC1是SCAFs的关键效应分子

在SCAFs中CTHRC1表达显著上调，且与衰老评分高度相关。敲低CTHRC1减弱了SCAFs促癌作用，而过表达则增强CAFs的促干性效应。机制上，CTHRC1激活Notch1信号通路，上调NICD、Hes1和Hey1表达。染色质免疫沉淀证实转录因子SOX4直接结合CTHRC1启动子区域调控其表达。

临床意义

组织芯片分析显示CTHRC1与Notch1/NICD表达呈正相关，且高表达患者预后更差。CSscore模型能预测患者对免疫治疗和经动脉化疗栓塞(TACE)的反应性，低CSscore组获益更明显。

这项研究首次系统揭示了SCAFs通过SOX4-CTHRC1-Notch1轴促进HCC干性和转移的分子机制。构建的CSscore模型为HCC预后评估和治疗选择提供了新工具。从转化医学角度看，靶向CTHRC1-Notch1信号通路可能成为干预HCC干性和克服治疗抵抗的新策略。研究不仅深化了对肿瘤微环境中细胞衰老功能的理解，更为开发靶向基质-肿瘤互作的联合治疗策略奠定了理论基础，具有重要的临床意义。