清華新聞網(wǎng)3月26日電 肝細(xì)胞癌（Hepatocellular Carcinoma, HCC）以顯著的纖維沉積和免疫抑制為特征性病理表現(xiàn)，盡管免疫檢查點(diǎn)抑制劑（Immune Checkpoint Blockade, ICB）已成為晚期HCC的一線(xiàn)治療方案，但客觀(guān)緩解率仍不足30%，免疫耐藥問(wèn)題亟待突破。作為肝臟特有的間質(zhì)細(xì)胞，肝星狀細(xì)胞在腫瘤微環(huán)境中可極化為具有顯著表型異質(zhì)性的腫瘤相關(guān)成纖維細(xì)胞（Cancer Associated Fibroblasts, CAFs），其分泌的大量膠原纖維及細(xì)胞外基質(zhì)交聯(lián)產(chǎn)物為免疫細(xì)胞的浸潤(rùn)構(gòu)筑了強(qiáng)大的屏障阻力。然而，HCC中CAFs的亞型異質(zhì)性、空間分布規(guī)律及其在免疫耐藥中的具體分子機(jī)制，仍缺乏高分辨率系統(tǒng)解析。
近日，北京清華長(zhǎng)庚醫(yī)院院長(zhǎng)、肝膽胰中心董家鴻院士，肝臟外科副主任楊世忠團(tuán)隊(duì)依托CosMx SMI空間多組學(xué)技術(shù)，結(jié)合團(tuán)隊(duì)自主構(gòu)建的泛癌免疫治療單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)庫(kù)scICB，系統(tǒng)解析了46例原發(fā)性HCC患者腫瘤實(shí)質(zhì)區(qū)、侵襲前沿區(qū)及癌旁區(qū)的空間分子景觀(guān)，首次在空間尺度上揭示了NOTCH3信號(hào)軸在肝癌纖維沉積與免疫治療抵抗中的核心調(diào)控作用。
研究發(fā)現(xiàn)，HCC微環(huán)境中的CAFs呈現(xiàn)顯著的功能極化與空間分層特征，其中炎癥型CAFs（iCAFs）與基質(zhì)生成型CAFs（mCAFs）構(gòu)成兩大主要亞群。mCAFs主要富集于腫瘤實(shí)質(zhì)及侵襲前沿區(qū)域，與膠原沉積增強(qiáng)、免疫細(xì)胞排斥及不良預(yù)后顯著相關(guān)；而iCAFs則更多分布于癌旁區(qū)域，與相對(duì)有利的預(yù)后相關(guān)。進(jìn)一步結(jié)合團(tuán)隊(duì)前期開(kāi)發(fā)的泛癌種單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)庫(kù)scICB中超過(guò)300例患者、800余份免疫治療樣本的單細(xì)胞測(cè)序數(shù)據(jù)分析后發(fā)現(xiàn)，mCAFs富集顯著關(guān)聯(lián)免疫治療耐藥，而iCAFs比例升高則與臨床應(yīng)答密切相關(guān)。
圖1.研究的總體設(shè)計(jì)概覽簡(jiǎn)圖
機(jī)制解析發(fā)現(xiàn)NOTCH3是驅(qū)動(dòng)mCAFs膠原極化及纖維沉積的關(guān)鍵分子?？臻g距離約束的配受體互作分析顯示，肝竇毛細(xì)血管來(lái)源的DLL4與mCAFs高表達(dá)的NOTCH3形成高度的空間共定位，構(gòu)成特異性血管–成纖維細(xì)胞信號(hào)互作單元。DLL4–NOTCH3信號(hào)軸的激活促進(jìn)細(xì)胞外基質(zhì)重塑與膠原交聯(lián)，增強(qiáng)組織剛度，形成物理和信號(hào)雙重屏障，阻斷CD8? T細(xì)胞向腫瘤核心區(qū)域的有效浸潤(rùn)。體外功能實(shí)驗(yàn)顯示，抑制NOTCH3可顯著降低纖維化表型，增強(qiáng)CD8? T細(xì)胞遷移及效應(yīng)殺傷活性。在原位移植肝癌模型及自發(fā)性肝癌小鼠模型中，NOTCH通路抑制劑有效打破纖維屏障，顯著提升腫瘤內(nèi)T細(xì)胞浸潤(rùn)水平，并與抗PD-1治療形成顯著協(xié)同，大幅降低腫瘤負(fù)荷。
圖2.基于空間多組學(xué)數(shù)據(jù)解析NOTCH3驅(qū)動(dòng)的肝癌纖維極化機(jī)制
該研究在基礎(chǔ)機(jī)制與臨床轉(zhuǎn)化層面具有重要的創(chuàng)新價(jià)值。第一，突破了肝癌空間微環(huán)境解析的局限：以超高分辨率系統(tǒng)刻畫(huà)了HCC腫瘤微環(huán)境的纖維沉積和免疫逃逸景觀(guān)，突破了以往研究對(duì)侵襲前沿區(qū)等關(guān)鍵區(qū)域細(xì)胞組成和空間定位認(rèn)識(shí)不清、分辨率不足的局限性，為后續(xù)研究腫瘤微環(huán)境的細(xì)胞互作提供了高分辨率的參考體系；第二，揭示了肝癌免疫排斥的全新分子機(jī)制：明確了DLL4-NOTCH3調(diào)控肝竇毛細(xì)血管-mCAFs互作的分子軸線(xiàn)，將血管信號(hào)介導(dǎo)的纖維化與免疫排斥關(guān)聯(lián)起來(lái)，為理解肝癌免疫耐藥的核心機(jī)制提供了新的視角；第三，提供了可轉(zhuǎn)化的肝癌免疫治療新策略：證實(shí)靶向NOTCH3與抗PD-1療法的協(xié)同作用，為構(gòu)建“抗纖維化+免疫治療”聯(lián)合治療新模式提供了直接的實(shí)驗(yàn)依據(jù)與潛在靶點(diǎn)。
圖3.臨床前藥理實(shí)驗(yàn)證實(shí)靶向抑制NOTCH通路延緩肝癌纖維化并與免疫治療協(xié)同增效
研究成果以“空間多組學(xué)揭示NOTCH3介導(dǎo)的肝竇毛細(xì)血管–mCAF互作驅(qū)動(dòng)肝細(xì)胞癌免疫排斥”（Spatial multi-omics identifies a NOTCH3-mediated capillary–mCAF crosstalk driving immune exclusion in hepatocellular carcinoma）為題，于3月17日發(fā)表于《宏》（iMeta）。
該研究由北京清華長(zhǎng)庚醫(yī)院肝膽胰中心與病理科合作完成，董家鴻為論文通訊作者，肝膽胰中心科研型博士后季凡森、卓越醫(yī)師科學(xué)家八年制項(xiàng)目2017級(jí)博士生李昊辰、肝膽胰中心科研型博士后王琪為論文共同第一作者。病理科主任尹洪芳、主治醫(yī)師肖穎、副主任技師楊江輝、全體技師組，華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院徐傳瑞教授團(tuán)隊(duì)，中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院腫瘤醫(yī)院高亦博教授團(tuán)隊(duì)對(duì)本研究亦有重要貢獻(xiàn)。
研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金重大項(xiàng)目、清華大學(xué)精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)自主科研計(jì)劃等的支持。
論文鏈接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/imt2.70117
供稿：北京清華長(zhǎng)庚醫(yī)院
編輯：李華山
審核：郭玲
