单细胞解析治疗诱导重塑揭示致死性前列腺癌中成纤维细胞驱动的免疫抑制微环境及可靶向脆弱性

《Advanced Science》：Single-Cell Dissection of Therapy-Induced Remodeling Uncovers a Fibroblast-Driven Immunosuppressive Niche and Targetable Vulnerabilities in Lethal Prostate Cancer

　　

前列腺癌的治疗耐药性源于恶性区室与间质区室的协同重塑，然而协调这种生态系统适应的机制仍不清楚。在此，研究人员对雄激素剥夺疗法(ADT)前后获得的纵向活检样本进行单细胞RNA测序(scRNA-seq)，描绘了间质谱系向APOD+和DPT+成纤维细胞状态的疗法诱导分支。DPT+成纤维细胞激活了靶向巨噬细胞的C3-ITGAX/ITGB2补体信号轴，同时伴随M1炎症程序抑制、免疫检查点信号扩增以及CD8+ T细胞从细胞毒性表型向耗竭表型的转变。与此同时，研究人员识别出预先存在的恶性上皮亚群，其特征是AR/KLK3活性降低和染色体不稳定性升高，在治疗后优先持续存在。整合多组学分析提名TSPAN1作为去势抵抗性前列腺癌(CRPC)的功能效应因子，NRXN1作为通过钙依赖性信号程序调控神经内分泌可塑性的调节因子。任一基因的遗传沉默均抑制了体内外的增殖、克隆形成、迁移和肿瘤生长，同时减弱了神经内分泌特征。空间定位、功能扰动和间质-上皮共培养实验从机制上确立了疗法诱导的DPT+成纤维细胞-补体回路，该回路强化了免疫逃逸并将上皮轨迹导向CRPC或神经内分泌前列腺癌(NEPC)。总之，这些发现将DPT+-补体-巨噬细胞轴定义为一种可行动的脆弱性，并将TSPAN1和NRXN1定位为破坏前列腺癌中ADT驱动肿瘤生态系统重塑的治疗切入点。

研究背景与意义

前列腺癌(PCa)是全球男性高发恶性肿瘤，雄激素剥夺疗法(ADT)是晚期疾病系统性治疗的基石。然而几乎所有患者最终都会进展为去势抵抗性前列腺癌(CRPC)或谱系可塑性变异体如神经内分泌前列腺癌(NEPC)。ADT不仅抑制雄激素受体(AR)信号，还深刻重塑肿瘤微环境(TME)，促进免疫失调与治疗耐药。尽管单细胞转录组学已开始揭示PCa上皮与间质的多样性，且癌相关成纤维细胞(CAFs)被认为是耐药的核心 orchestrators，但治疗压力下是否产生机制不同的成纤维细胞亚群及其如何协调间质-免疫-上皮串扰仍不明确。此外，系统性治疗如何重塑成纤维细胞状态以建立新型免疫调节微环境亦未定义。该研究发表于《Advanced Science》，旨在通过纵向单细胞分析解析ADT诱导的生态系统动态，揭示治疗耐药的机制并识别可靶向脆弱性。

主要关键技术方法

研究人员纳入5例良性前列腺、4例未经治疗PCa及2例ADT后配对活检样本（来自广西医科大学伦理批准队列），进行单细胞RNA测序(scRNA-seq)与空间转录组分析。采用Cell Ranger处理数据，Seurat进行质控与聚类，Harmony整合批次效应，Monocle2进行拟时间轨迹分析，inferCNV推断拷贝数变异，CellChat解析细胞间通讯，并利用基因集变异分析(GSVA)与基因本体(GO)富集分析功能。体外实验包括慢病毒敲低、骨髓源性巨噬细胞(BMDM)极化、Transwell迁移及钙流检测；体内实验采用异种移植小鼠模型验证基因功能。临床数据来源于cBioPortal、Oncomine及GEO数据库多个独立队列进行交叉验证。

研究结果

2.1 Construction of the Cellular Landscape From Benign Prostate to ADT-Treated Prostate Cancer

研究人员通过对良性、未治疗及ADT治疗后前列腺组织的单细胞图谱构建，发现疾病进展伴随细胞异质性增加。ADT后上皮细胞急剧减少，内皮细胞扩增，并首次观察到仅存在于ADT治疗后样本中的神经内分泌样细胞簇，表达NCAM1、SOX2、ENO2和SYP，证实雄激素剥夺诱导适应性谱系重编程。

2.2 Single-Cell Transcriptomic Profiling Before and After ADT

配对分析同一患者ADT前后样本，显示上皮细胞比例显著下降（PCa1从38.48%至1.67%），内皮细胞扩张。治疗前上皮内存在广泛异质性亚群，ADT后仅存2至3个上皮簇，提示选择性压力存活。治疗前无神经内分泌标记，证明其为由治疗诱导而非预存状态。

2.3 ADT Induces Fibroblast Differentiation and Reprograms the Tumor Microenvironment

成纤维细胞在ADT后显著扩增并分化为APOD⁺、DPT⁺及SYNE1⁺亚群。拟时间分析显示APOD⁺与DPT⁺位于终末分化分支，APOD⁺呈低炎症、低PTN/NCL信号状态；DPT⁺相对高表达CXCL1等趋化因子，但仍低于其他亚群。ADT整体抑制了间质炎症与致癌支持信号。

2.4 DPT⁺ Fibroblasts Orchestrate Macrophage Polarization Toward an Immunosuppressive State

GO分析显示DPT⁺成纤维细胞富集免疫调节过程，激活C3-(ITGAX⁺ITGB2)补体信号轴。空间与免疫染色证实C3⁺成纤维细胞周围CD163⁺ M2样巨噬细胞富集。ADT后巨噬细胞从M1向M2转变，免疫检查点PDCD1LG2上调。体外C3暴露促进巨噬细胞M2极化并增强PCa细胞增殖，确立DPT⁺-补体-巨噬细胞免疫抑制回路。

2.5 ADT Induces CD8⁺ T Cell Exhaustion

ADT诱导CD8⁺ T细胞表型转变，耗竭标记物PDCD1、LAG3、CTLA4、TIGIT上调，细胞毒性基因下调，出现应激响应T细胞(TSTR)。空间转录组显示CD8A与PDCD1共定位增加，且耗竭评分与C3表达正相关，表明补体活化与T细胞功能障碍相关。

2.6 Potential Pre-Existing Malignant Epithelial Cells With Intrinsic Hormonal Resistance

尽管上皮普遍消退，特定亚群（如Cluster 14/16）持续存在。这些细胞AR/KLK3低表达、核糖体生物合成活跃、拷贝数变异(CNV)负荷高（涉及chr 8, 9, 13, 16）。转录相关性分析证实治疗后残留上皮与预处理Cluster 16高度相似（r²=0.90-0.95），提示其为预存固有激素抵抗克隆，具备染色质不稳定性与生存优势。

2.7 TSPAN1 Contributes to CRPC Progression Following ADT

在持续存在的AMACR⁺上皮中，TSPAN1与CRPC特征强相关且在CRPC样本及单细胞上皮成熟群中上调。敲低TSPAN1抑制多种PCa细胞系增殖、克隆形成、迁移及体内成瘤能力。恩杂鲁胺(Enzalutamide)处理上调TSPAN1，敲低TSPAN1恢复耐药细胞敏感性，确立TSPAN1为AR-FOXA1框架下的CRPC驱动因子。

2.8 NRXN1 Associates With Prostate Cancer Progression and Mediates CRPC-NE Emergence Through Calcium Signaling Rewiring

ADT后出现NE样上皮，NRXN1在NEPC模型及RB1/TP53双敲小鼠中显著上调，且与神经内分泌标记(SYP, CHGA, ENO2)正相关，与AR信号负相关。敲低NRXN1抑制增殖、球形成及体内成瘤，并减少突触样结构与NE标记。机制上NRXN1调控钙信号通路，上调ORAI1、ORAI3、TRPM8、CACNA1H等钙通道，维持细胞内钙内流与膜电位，驱动神经内分泌转分化。

讨论与结论总结

研究人员讨论指出，治疗耐药是上皮、间质与免疫区室协同重塑的结果而非单一分子病变。ADT不仅抑制上皮AR信号，还诱导成纤维细胞二分化为APOD⁺（终末低信号）与DPT⁺（补体高分泌免疫调节）状态，后者通过C3-ITGAX/ITGB2轴促进M2极化与T细胞耗竭，构成与铁死亡相关FerroCAFs机制不同的治疗诱导互补免疫抑制层。同时ADT保留具基因组不稳定性的AR-low上皮，通过TSPAN1维持CRPC增殖迁移，通过NRXN1-钙信号驱动NEPC转化。该研究纵向设计克服了横断面局限，将耐药重构为生态系统级过程。结论为ADT启动成纤维细胞衍生的补体程序抑制抗肿瘤免疫，并协同TSPAN1与NRXN1介导的上皮适应，定义DPT⁺-补体-巨噬细胞轴、TSPAN1及NRXN1为可转化脆弱性，主张超越上皮中心靶向，同时消除耐药克隆、破坏成纤维细胞-免疫串扰并联合免疫调节与激素阻断以对抗适应性耐药。