.✎ 文章导读
文章标题：Single-cell analysis defines a pancreatic fibroblast lineage that supports anti-tumor immunity
发表期刊：Cancer Cell//2021-07
样本类型：小鼠/肿瘤组织
文章结果：1）通过质谱流式（CyTOF)研究了18个小鼠组织及5个自发性肿瘤模型的基质组成，主要是间充质表型；2）跨组织和肿瘤的广谱基质异质性；3) 根据CD105的表达可区分两种稳定且功能不同胰腺成纤维细胞谱系；4）CD105pos胰腺成纤维细胞可促进肿瘤的体内生长，CD105neg胰腺成纤维细胞具有高度的肿瘤抑制性。
成纤维细胞具有较强的异质性，而且对于维持组织稳态至关重要，在纤维化、炎症以及肿瘤等疾病中也发挥重要作用。特别是与肿瘤相关的成纤维细胞（cancer-associated fibroblasts CAFs）可以通过细胞外基质重塑、逃逸免疫监视以及促进耐药发挥促肿瘤作用。不同谱系的成纤维细胞会在胚胎发育过程中出现，然而各个谱系与功能之间的关系以及是否与特定疾病相关还未完全阐明。鉴于此，英国曼彻斯特癌症研究所的Claus Jørgensen研究团队通过利用质谱流式细胞技术（CyTOF）分析了18个小鼠组织和5个自发性肿瘤模型的基质组成图谱，重点研究了间充质表型。该研究揭示了组织和肿瘤间广泛的间质异质性，并确定胰腺导管腺癌间质和免疫细胞亚群之间的协调关系。
胰腺癌相关间充质细胞的表型异质性
研究人员首先通过CyTOF分析了19个KPC小鼠肿瘤组织的500万个细胞，以定量分析胰腺导管癌（PDA）间充质基质细胞的组成（Fig 1.A）。研究人员排除了免疫细胞和肿瘤细胞，对间充质细胞进行聚类分析发现CD31posECs 由7个亚群组成，包括了3个血液EC（S- 3,4和5)，一个淋巴EC簇(S-11)和其他3个小簇(S-7、17和18)组成。周细胞(S-15)和血液ECs分别形成一个离散簇（Fig 1.A-D）。随后，研究发现，根据转化生长因子b受体(TGF-bR)共受体CD105的表达分出两个不同的CAF群体。其中，CD105pos在肿瘤组织中更富集（CD105pos：CD105neg≈7:3 )。尽管CD105neg在肿瘤中占比较低，但其在肿瘤中更容易增殖（Fig 1.E-J）。研究人员通过单细胞转录组（scRNA-seqs）进一步证实Eng(CD105)表达分离了两个CAF群体。最后，对间充质细胞亚群的相对丰度进行相关性分析，发现大多数间质细胞之间存在不同的协调关系，表明每个群体对TME内的调控信号都有不同的响应。
Fig 1. 胰腺癌间充质细胞表型和组成的异质性
PDA肿瘤微环境中协同调节的CAF和免疫亚群
为了揭示PDA中充质细胞和免疫细胞亚群间的表型关系，研究人员对间充质基质成分的肿瘤中髓系、自然杀伤和B细胞和T细胞亚群进行分析。研究发现单核细胞和巨噬细胞的丰度较高且表型异质性较强。通过对细胞的相对亚群丰度、增殖、凋亡指标进行分析发现肿瘤间所有基质亚群的广泛变异。值得注意的是，三个增殖率最高的间充质亚群都是CD105neg CAFs，包括MHCIIposCD74pos S-9和S-12（Fig 2.A-B）。特异性间充质亚群的丰富度与免疫亚群的增殖速率相关，反应了他们之间潜在的相互作用(Fig 2. C-G)。值得注意的是，一些 CD105pos和CD105neg 间充质亚群与几个免疫亚群显示出相反的关系，表明可能存在相反的免疫调节作用（Fig 2. D-H）。
Fig 2. PDA肿瘤微环境中共同调节的CAF和免疫亚群
CD105neg成纤维细胞在体内抑制肿瘤生长
研究人员对人切除样本研究发现CD105pos和CD105neg CAF也存在于人的PDA组织中，且这些间充质标记表达的细胞具有表型可塑性。那这些成纤维细胞是否对体内肿瘤生长有不同的影响呢？因此研究人员建立了皮下共注射模型。研究发现GFPpos PaFs 在移植后保留并表现出稳定的差异 CD105 表达(Fig 3. A)。与对照组PDA肿瘤细胞相比，CD105pos PaFs注射对肿瘤体积变化没有显著影响，CD105neg PaFs注射显著地抑制了肿瘤生长并提高了小鼠存活率（Fig 3. B-D）。这些结果表明而CD105neg PaFs成纤维细胞对肿瘤生长具有高度抑制性。
那CD105pos和CD105neg PaFs的共注射是如何调节肿瘤微环境的呢？研究人员注射10天后，分离了相似大小的肿瘤，并分析了整体基因表达谱，观察到D105pos和CD105neg PaFs共植入肿瘤中免疫抑制和免疫刺激转录程序的差异表达(Fig 3. H)，进一步支持了CD105neg PaFs抑制肿瘤的生长。
Fig 3.CD105neg成纤维细胞抑制体内肿瘤生长
正常和肿瘤组织中存在CD105+和CD105-成纤维细胞
为了进一步扩大对PDA和胰腺以外的间质成纤维细胞的分析，研究人员用CyTOF分析了5个基因工程小鼠模型的20个肿瘤中的CAFs。研究发现所有肿瘤中都存在CAF亚群表达，且肺（KP）、乳腺(MMTV-PyMT)以及黑色素瘤(BRAFV600E)来源的CAFs根据其组织来源聚集在一起。进一步研究发现胰腺肿瘤(KPC)中含有CD105pos和CD105neg的CAFs混合物，其中CD105pos占比更高。相比之下，结直肠(KPN)和乳腺(MMTV-PyMT)肿瘤中含有更多占比的CD105neg CAFs，而肺(KP)和黑色素瘤(BRAFV600E)肿瘤中以CD105pos CAFs为主。此外，研究发现CD105pos和CD105neg的CAFs不仅存在于肿瘤中，正常组织中也有（Fig 4）。
Fig 7. CD105pos和CD105neg成纤维细胞在正常组织和肿瘤组织中被鉴定
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