学术研究报告：结直肠癌中癌症相关成纤维细胞与肿瘤微环境的相互作用
第一作者及单位
本研究的通讯作者为Kongwang Hu，来自安徽医科大学第一附属医院普通外科（Department of General Surgery, The First Affiliated Hospital of Anhui Medical University）。其他作者包括Zhiwei Peng、Manping Ye等。研究发表于Journal of Translational Medicine（2022年，卷20，第302页），开放获取（Creative Commons 4.0许可）。
研究领域与动机
结直肠癌（Colorectal Cancer, CRC）是全球第三大高发癌症，2020年新增病例超190万，死亡病例超93.5万。尽管治疗手段进步，肿瘤转移仍是预后不良的主因。近年研究发现，肿瘤微环境（Tumor Microenvironment, TME）在癌症进展中起关键作用，而癌症相关成纤维细胞（Cancer-Associated Fibroblasts, CAFs）作为TME的主要间质成分，通过细胞外基质（ECM）重塑、免疫调节等机制促进肿瘤转移。然而，CAFs的异质性及其与TME其他组分的互作机制尚不明确。
研究目标
本研究结合空间转录组学（Spatial Transcriptomics, ST）和批量RNA测序数据，旨在：
1. 鉴定CRC中CAFs的亚型及其功能特征；
2. 揭示CAFs与TME组分的互作机制；
3. 探索CAFs在化疗耐药和预后中的作用。
1. 数据来源与预处理
- 空间转录组数据：来自公开数据库（10x Genomics平台），包含两名CRC患者样本（未化疗的Colon1和化疗部分缓解的Colon2）。
- 批量RNA测序数据：来自TCGA的COADREAD队列。
- 数据处理：使用R包Seurat（v4.1.0）进行数据标准化、批次校正和降维（PCA），通过无监督聚类将组织区域划分为9个亚群。
2. 细胞类型注释与功能分析
- 单样本基因集富集分析（ssGSEA）：对12种已知细胞类型的标记基因评分，精确注释各亚群的细胞组成（如成纤维细胞、上皮细胞、NK细胞等）。
- 差异表达基因（DEGs）分析：通过FindAllMarkers筛选各亚群特异性基因，结合KEGG通路富集分析揭示功能特征。
- 伪时间分析（Pseudotime Analysis）：使用Monocle2解析CAFs亚型的分化轨迹及上皮-间质转化（EMT）相关基因的动态变化。
3. 实验验证
- 免疫荧光（IF）：验证CAFs亚型标记蛋白（如PDGFRA、RGS5）在CRC组织中的表达。
- 免疫组化（IHC）：检测5例CRC及癌旁组织中PDGFRA的表达差异。
4. 临床关联分析
- 预后评估：利用TCGA数据，通过Cox回归分析CAFs与患者生存期的关系。
- 免疫评分：使用ESTIMATE算法计算免疫/间质评分，分析CAFs与免疫浸润的相关性。
1. CAFs亚型的鉴定与功能特征
- 两种CAFs亚型：
- 肌成纤维细胞样CAFs（myoCAFs）：高表达ECM相关基因（COL1A1、COL3A1），参与ECM重塑和肿瘤硬化。
- 炎症性CAFs（iCAFs）：高表达免疫调节因子（CXCL12），与脂代谢、胆汁酸代谢通路相关，且显著富集EMT特征。
- 空间分布：iCAFs与巨噬细胞共定位，可能通过抑制NK细胞和单核细胞促进免疫逃逸。
2. 化疗对TME的影响
- 化疗后患者（Colon2）的iCAFs比例升高，而抗肿瘤免疫细胞（如NK细胞）减少，提示iCAFs可能介导化疗耐药。
- 代谢重编程：iCAFs富集区域中，脂肪酸代谢活性未受化疗抑制，可能为耐药机制之一。
3. 临床意义
- 预后关联：TCGA数据分析显示，iCAFs高表达与淋巴结转移（p<0.05）和不良预后（OS, p=0.035）显著相关。
- 免疫微环境：iCAFs与免疫评分（r=0.39）正相关，证实其通过调控免疫抑制性细胞促进肿瘤进展。
科学意义
- 首次在CRC中通过空间转录组学解析CAFs异质性，明确iCAFs和myoCAFs的功能分工。
- 揭示iCAFs通过EMT激活、代谢重编程和免疫抑制驱动肿瘤转移，为靶向TME的治疗策略提供新靶点。
应用潜力
- iCAFs可作为CRC预后标志物及化疗耐药预测指标。
- 靶向iCAFs的脂代谢或免疫调节通路可能成为联合治疗的新方向。
局限性
- 样本量较小（仅2例ST数据），需扩大验证。
- myoCAFs的功能机制需进一步探索。
（全文约2000字）