阿托伐他汀通过空间转录组学揭示其调控肿瘤微环境抑制乳腺癌肝转移灶生长的机制

《Neoplasia》：Spatial transcriptomics reveals atorvastatin modulates the tumor microenvironment to suppress breast cancer liver metastatic outgrowth

　　

转移性乳腺癌仍然无法治愈，这凸显了对新型治疗策略的需求。流行病学和临床前证据表明，他汀类药物可抑制转移灶的生长，但其潜在机制尚不清楚。本研究采用高分辨率空间转录组学（ST）探索阿托伐他汀治疗后转移微环境中的细胞组成和差异表达基因（DEGs）。研究人员分析了来自对照组和阿托伐他汀治疗组小鼠的福尔马林固定石蜡包埋的乳腺癌肝转移组织，利用Nanostring CosMx空间分子成像仪（SMI）/Bruker平台和一个包含973个基因的panel，分别对212个和207个肿瘤邻近视野（TAFs）进行了分析，鉴定出八个细胞簇，而非肿瘤视野（NTFs）则较为稀疏。通过Harmony辅助的细胞注释和Seurat标签转移，研究人员揭示了LRRC15+肌成纤维细胞样癌症相关成纤维细胞（CAFs）、CXCL8+炎症性CAFs以及C1QC+/SPP1+肿瘤相关巨噬细胞（TAMs）亚群的优先耗竭，该方法进一步将CAFs和TAMs分离为不同的功能亚群。研究人员还进行了免疫组织化学（IHC）以验证组织中的细胞类型。基于Wilcoxon的DEG分析确定了组间与转移相关的基因表达变化。阿托伐他汀治疗减少了TAFs中的CAFs、肝星状细胞（HSCs）（显著）和巨噬细胞（趋势性），而在NTFs中没有变化。这些发现得到了IHC（n=4）的支持，IHC证实了这些细胞类型的显著减少，而肝细胞和内皮细胞标志物保持不变。DEG分析揭示了在阿托伐他汀治疗的TAFs中，与转移和细胞外基质相关的转录本发生了协调性的下调。研究结果表明，阿托伐他汀改变了播散微环境中的细胞构成，使其朝向减少促肿瘤发生的CAF和HSC群体的方向发展，从而创造了一个有利于维持转移性休眠和预防复发的微环境生态位。

论文解读

研究背景与目的

乳腺癌的复发仍是重大挑战，尤其是转移性复发常产生治疗耐药性，最终导致患者死亡。肿瘤细胞经历上皮-间充质转化（EMT）后进入血液循环，到达远处器官后发生间充质-上皮逆转转化（MErT）并进入休眠状态，可在多年后随机激活形成转移灶。现有证据表明，休眠肿瘤细胞与肝脏宿主细胞的相互作用在激活MErT中至关重要，而肿瘤邻近区域作为微转移灶与宿主细胞的第一道交互边界，是研究肿瘤微环境（TME）的理想模型。他汀类药物，特别是阿托伐他汀，作为一种亲脂性他汀，已在临床前模型中显示出限制转移灶生长的效果，但其如何通过影响肿瘤细胞与肝脏基质的相互作用来实现休眠的具体机制尚不明确。因此，本研究旨在利用空间转录组学技术，探究阿托伐他汀如何重塑肿瘤微环境，从而抑制乳腺癌肝转移的进展。

关键技术方法

研究人员首先建立了NOD-SCID gamma (NSG) 小鼠实验性肝转移模型，通过脾内注射RFP标记的MDA-MB-231人乳腺癌细胞，随后给予每日腹腔注射阿托伐他汀（10 mg/kg）或对照溶剂，持续21天。获取肝脏组织后，采用NanoString CosMx SMI/Bruker平台进行高分辨率空间转录组学分析，使用一个包含973个基因的panel对419个视野（FOVs）进行检测，其中对照组212个，阿托伐他汀组207个。通过Seurat软件进行聚类分析和细胞注释，并结合Harmony算法整合公开的小鼠肝脏单细胞RNA测序（scRNA-seq）参考数据集进行高置信度的细胞类型鉴定。此外，还对独立样本（n=4）进行了免疫组织化学（IHC）染色以验证关键细胞群的变化。

研究结果

阿托伐他汀调节肝转移中基质细胞群的空间分布

通过UMAP分析，研究人员在质量控制后共纳入113,498个细胞，并根据经典标志基因手动注释出八种主要细胞群：癌症相关成纤维细胞（CAFs）、肝星状细胞（HSCs）、M1样/M2样巨噬细胞、肝细胞、内皮细胞、门静脉成纤维细胞和胆管细胞。结合Harmony整合的参考图谱和Seurat标签转移，研究人员进一步细分了CAFs和肿瘤相关巨噬细胞（TAMs）的亚群。结果显示，阿托伐他汀治疗选择性地减少了多种基质细胞亚群的比例，例如肌成纤维细胞样CAFs（LRRC15⁺ mCAF）从对照组的6.93%降至3.58%，炎症性CAFs（CXCL8⁺ iCAF）从4.45%降至2.91%，以及SPP1⁺巨噬细胞（0.91%至0.61%）和C1QC⁺髓系巨噬细胞（1.41%至1.02%）。这种选择性耗竭提示阿托伐他汀可能通过抑制促纤维化和促炎性细胞状态，同时基本保留抗原呈递型CAFs（CD74⁺ apCAF），来创造一个不利于转移进展的微环境。

阿托伐他汀减少肿瘤微环境中总的非实质细胞

在肿瘤邻近视野（TAFs）中，阿托伐他汀处理组的CAFs（从2720降至1842）、HSCs（从5009降至4134）、M1样巨噬细胞（从148降至116）和M2样巨噬细胞（从302降至176）的总细胞数均有所减少。统计分析显示，CAFs和HSCs的比例在TAFs中显著下降，而巨噬细胞的下降未达到统计学显著性。相反，在非肿瘤视野（NTFs）中，各组间的细胞比例未见明显变化，表明阿托伐他汀的作用是特异性地针对肿瘤微环境。IHC验证结果与空间转录组数据一致，显示阿托伐他汀治疗组的α-SMA⁺ CAFs和波形蛋白（Vimentin）⁺ HSCs显著减少，而CD86⁺ M1样和CD163⁺ M2样巨噬细胞虽有下降趋势但不显著。肝细胞和白蛋白（Albumin）⁺ 肝细胞以及CD31⁺ 内皮细胞则无明显变化。

阿托伐他汀调控TAFs中不同细胞类型的EMT、ECM、炎症信号和应激反应相关基因表达

差异表达基因（DEGs）分析显示，在TAFs中，阿托伐他汀处理导致多个关键基因的表达发生变化。在CAFs中，观察到包括Mgp、Mmp-14、Sparc、Col1a1在内的11个与EMT和ECM重塑相关的基因显著下调。在HSCs中，Col1a1和Fabp4等基因下调，而Apoa1等基因上调。在M1和M2样巨噬细胞中，与炎症激活和应激耐受相关的基因如Mt1、Mt2、Lcn2、Ccl11和Fn1等被下调。在内皮细胞中，Clu、Spp-1、Col1a1和Vim等与ECM、细胞骨架和血管生成相关的13个基因表达下调。在门静脉成纤维细胞中，S100a6、Vim、Col4a1和Sparc等12个基因被下调。这些结果表明阿托伐他汀对TME中的多种基质成分产生了广泛影响，共同削弱了ECM重塑、EMT程序、巨噬细胞极化和促转移信号通路。

总结与结论

讨论部分指出，本研究利用自发转移模型，在转移灶生长阶段给予阿托伐他汀，揭示了该药物能大幅降低肿瘤邻近区域的CAFs、HSCs和巨噬细胞丰度。阿托伐他汀优先耗竭活化的成纤维细胞亚群（如LRRC15⁺ mCAF和CXCL8⁺ iCAF），而对CD74⁺ apCAF影响较小。同时，它也减少了单核细胞、单核来源细胞以及C1QC⁺和SPP1⁺ TAMs等髓系细胞群体。HSCs数量的减少被认为与降低休眠肿瘤细胞的再激活有关。这些变化共同指向阿托伐他汀通过破坏维持生长许可性转移生态位的多细胞互作网络来发挥抗转移作用。

研究结论认为，尽管存在使用免疫缺陷小鼠模型、初始空间分析样本量有限等局限性，但本研究仍提供了一个令人信服的机制依据，支持将他汀类药物作为转移靶向治疗策略中的辅助药物进行探索。总体而言，阿托伐他汀通过特异性靶向肿瘤邻近微环境中的促转移基质成分，而不影响非肿瘤实质，提供了一种细胞类型特异性和空间限制性的治疗策略。