成纤维细胞是维持组织稳态的关键结构细胞，在纤维化、炎症和癌症等疾病状态下呈现出多种表型来影响疾病进程及其治疗抗性[1,2]。肌成纤维细胞（myofibroblasts）因其对肿瘤微环境的关键调控作用，近年来受到广泛关注。研究发现，它们在胰腺癌、乳腺癌和结肠癌等多种癌症中表现出显著的免疫抑制作用[3-5]；然而，肌成纤维细胞的异质性、在不同疾病状态下的分布特征、空间定位及其与其它免疫细胞的互作机制仍有待深入研究。
2024年9月19日，百奥智汇创始人、科学顾问，北京大学生物医学前沿创新中心（BIOPIC）/深圳湾实验室张泽民院士课题组在Cancer Cell上发表题为Cross-tissue human fibroblast atlas reveals myofibroblast subtypes with distinct roles in immune modulation的研究。该研究基于健康、纤维化、炎症以及癌症等多种疾病状态下的11种组织的单细胞数据，构建了涵盖517个人类样本、269,899个成纤维细胞的图谱，并鉴定出20种成纤维细胞亚型，揭示了成纤维细胞未被充分认识的转录异质性，其中发现了4类具有独特表型的肌成纤维细胞亚型。通过整合空间转录组、多重免疫组化和体外实验，该研究进一步揭示了肌成纤维细胞在肿瘤微环境中的独特免疫调控功能，为开发肿瘤微环境特异性靶向治疗策略提供了新的思路。
这项研究揭示了组织和疾病环境在塑造成纤维细胞表型及其分布中的关键作用。在慢性炎症和纤维化疾病中，肌成纤维细胞亚型逐渐增多，并在癌症进展过程中不断累积，表明肿瘤环境对成纤维细胞表型的重塑作用。通过调控成纤维细胞的信号传导和代谢通路，最终促成了免疫抑制肿瘤微环境的形成。这些发现为成纤维细胞转录可塑性提供了有力证据，支持了成纤维细胞从启动和支持炎症到最终抑制炎症的不同表型之间动态转换的观点[2]。
相比于其他肌成纤维细胞亚型，LRRC15+肌成纤维细胞表现出终末分化特征，可能来源于两大细胞亚型——祖细胞样成纤维细胞（PI16+和 COL15A1+）以及周细胞（RGS5+）。多重免疫组化染色进一步证实，在肿瘤区域表达周细胞标志物（MCAM+、PDGFRβ+）的LRRC15+ 成纤维细胞，表明其潜在的周细胞来源。而PI16+成纤维细胞则位于癌旁间质区域，研究揭示特定细胞因子促进其表型形成。进一步研究这些成纤维细胞亚型与免疫细胞的互作模式和空间定位特征，发现PI16+成纤维细胞和LRRC15+成纤维细胞在多种癌症类型中参与了不同的空间多细胞模块（CMs）。其中PI16+成纤维细胞与CX3CR1+Temra细胞和LYVE1+巨噬细胞相互作用，表现出抗肿瘤免疫特征；而LRRC15+成纤维细胞则与SPP1+巨噬细胞共定位于癌巢区域，显示出免疫排斥功能。根据成纤维细胞祖细胞或终末分化肌成纤维细胞的丰度对肿瘤患者进行分型，发现其在多个癌种中具有显著预后差异，支持两种成纤维细胞亚型在肿瘤微环境中的不同作用，该发现为患者分型和临床治疗策略提供了新方向。
此外，这项研究还发现了一类具有炎性特征的MMP1+肌成纤维细胞，通过与Treg细胞和LAMP3+树突状细胞共同构建免疫抑制微环境来促进免疫逃逸。MMP1+成纤维细胞可能通过CCL2-CCR4等途径招募Treg细胞，并通过分泌TGF-β和IL-11促进免疫耐受环境的形成，通过分泌MMPs等蛋白参与组织重塑，进一步影响免疫细胞的迁移和功能。MMP1+和LRRC15+成纤维细胞特征在不同癌种的免疫治疗无响应者中显著富集，表明它们在特定癌种中有望成为癌症治疗中的联合治疗靶点。
综上所述，该研究全面探讨了在不同组织和疾病背景下成纤维细胞的表型和分布特征，并揭示了不同肌成纤维细胞在免疫调控中的独特作用。这些发现将进一步深化对疾病相关成纤维细胞的理解，并为患者分型和开发新的联合治疗方案提供重要线索。
深圳湾实验室助理研究员高洋、昌平实验室助理研究员李佳楠、北京大学前沿交叉学科研究院CLS项目博士生程文凤为该论文的并列第一作者，北京大学BIOPIC张泽民院士、广东医科大学附属东莞第一医院的侯文洪博士为该论文的共同通讯作者。研究得到了深圳湾实验室重大项目和深圳湾实验室开放基金、中国博士后科学基金和粤莞联合基金的资助。深圳湾实验室超算中心为该研究提供了计算资源支持。
论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1535610824003192
参考文献:
1.Biffi, G., and Tuveson, D.A. (2021). Diversity and Biology of Cancer-Associated Fibroblasts. Physiol Rev 101, 147-176. 10.1152/physrev.00048.2019.
2.Davidson, S., Coles, M., Thomas, T., Kollias, G., Ludewig, B., Turley, S., Brenner, M., and Buckley, C.D. (2021). Fibroblasts as immune regulators in infection, inflammation and cancer. Nat Rev Immunol 21, 704-717. 10.1038/s41577-021-00540-z.
3.Krishnamurty, A.T., Shyer, J.A., Thai, M., Gandham, V., Buechler, M.B., Yang, Y.A., Pradhan, R.N., Wang, A.W., Sanchez, P.L., Qu, Y., et al. (2022). LRRC15(+) myofibroblasts dictate the stromal setpoint to suppress tumour immunity. Nature 611, 148-154. 10.1038/s41586-022-05272-1.
4.Foster, D.S., Januszyk, M., Delitto, D., Yost, K.E., Griffin, M., Guo, J., Guardino, N., Delitto, A.E., Chinta, M., Burcham, A.R., et al. (2022). Multiomic analysis reveals conservation of cancer-associated fibroblast phenotypes across species and tissue of origin. Cancer Cell 40, 1392-1406.e1397. 10.1016/j.ccell.2022.09.015.
5.Qi, J., Sun, H., Zhang, Y., Wang, Z., Xun, Z., Li, Z., Ding, X., Bao, R., Hong, L., Jia, W., et al. (2022). Single-cell and spatial analysis reveal interaction of FAP(+) fibroblasts and SPP1(+) macrophages in colorectal cancer. Nat Commun 13, 1742. 10.1038/s41467-022-29366-6.
张泽民，北京大学生物医学前沿创新中心主任，北京大学生命科学学院终身讲席教授，北大-清华生命科学联合中心高级研究员，长江学者，中国科学院院士。张泽民博士的学术经历包括南开大学、CUSBEA项目（中美生物化学联合招生项目）、美国宾夕法尼亚州立大学和加州大学旧金山分校。在 2014 年加入北大以前就任基因泰克/ 罗氏公司（Genentech/Roche）16余年，负责生物信息学和癌症基因组学研究，挖掘抗癌靶点。张泽民课题组致力于用前沿的生物信息和基因组学来解决癌症生物学中的核心问题，专注于研究肿瘤微环境的底层特征，发现了肿瘤在微环境水平的异质性和潜在规律，推进其在药物疗效预测和靶点发现中的应用。张泽民课题组的研究成果曾获得北京市自然科学一等奖、中国生命科学十大进展、中国生物信息十大进展（多次）。他也是几个国际顶尖杂志的编委，包括Cell, Cancer Cell, Cancer Discovery和Cell Research。
张泽民课题组目前主要的研究方向包括：（1）研究肿瘤微环境特别是肿瘤浸润免疫细胞的精确组成、相互作用以及功能状态，并鉴定影响这些细胞功能的调控基因；（2）研究肿瘤微环境的异质性、及其对癌症病人治疗的影响；（3）开发原创的生物信息学工具和数据库，来进行大数据的整合、分析和可视化。
本文来源：北京大学生物医学前沿创新中心
