SPP1+巨噬细胞与ITGA5+成纤维细胞之间的串扰促进肝细胞癌转移

Crosstalk between SPP1+ macrophages and ITGA5+ fibroblasts promotes hepatocellular carcinoma metastasis.

作者信息Ting Tang, Yubo Li, Ni Xiyun, Hao Wu, Lu Fan, Xintong Zhang, Jingjia Chang, Zhigao Ou, Tian Yang, Chen Huiying, Li Niu, Jia Fengfeng, Zhao Guoqing, Li Li, Ming Liu, Jianjun Zhu
PMID41758046
发布时间2026-02
DOI10.1097/HC9.0000000000000907

实验完整度

包含多层级证据:单细胞转录组分析、空间转录组学、多重免疫荧光验证细胞共定位,以及体外共培养和体内小鼠移植瘤模型的功能验证和机制验证。

主要模型

NIH/3T3小鼠胚胎成纤维细胞 Hepa1-6小鼠肝癌细胞 BALB/c裸鼠原位移植瘤模型 HCC临床组织样本

重点核对

rmSPP1处理浓度0.5 μg/mL,处理时间96小时 NIH/3T3与Hepa1-6细胞共注射比例1:1,细胞数量2×10^6个/每种 MMP2抑制剂SB-3CT浓度10 μM,处理72小时 体内实验观察时间35天 小鼠为雌性SPF级BALB/c裸鼠,6-8周龄

摘要

背景:肝细胞癌(HCC)从慢性炎症状态发展为恶性肿瘤,免疫微环境在这一进程中发挥重要作用。然而,从肝炎到HCC转变过程中动态免疫微环境的变化仍知之甚少。系统地分析阶段特异性免疫微环境改变对于识别治疗靶点和制定HCC精准策略至关重要。方法:利用单细胞RNA测序(scRNA-seq),我们构建了健康肝脏、肝炎、肝硬化和HCC阶段的免疫微环境动态转录组图谱。利用细胞间通讯、轨迹和富集分析来表征簇间关系。TCGA-LIHC数据用于验证基因表达及其预后。通过空间转录组学和多重免疫荧光证实了HCC中配体-受体复合物的空间分布。通过免疫共沉淀和细胞共培养实验检测了肿瘤微环境对癌细胞行为的影响。最后,利用小鼠移植模型评估了免疫微环境对体内肿瘤进展的影响。结果:我们在HCC进展过程中鉴定了特定的免疫细胞簇,并揭示了免疫细胞(巨噬细胞、B细胞)和成纤维细胞丰度与疾病严重程度之间的显著相关性。在HCC中明确观察到SPP1+巨噬细胞和ITGA5+成纤维细胞之间的串扰。体外和体内数据表明,SPP1-ITGA5相互作用触发成纤维细胞分泌MMP2,从而促进HCC的恶性进展。结论:我们提出了HCC发展过程中免疫微环境演变的动态转录谱,有助于改进诊断和优化治疗策略。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
从肝炎到肝细胞癌(HCC)进展过程中,免疫微环境中的细胞类型及其相互作用如何动态变化,以及特异性的细胞间通讯如何促进HCC恶性进展?
核心机制
SPP1+巨噬细胞与ITGA5+成纤维细胞通过SPP1-ITGA5配体-受体结合,诱导成纤维细胞激活为CAF表型,并上调ITGA5表达形成正反馈,进而促进成纤维细胞分泌MMP2,增强肝癌细胞的迁移和侵袭能力,加速肿瘤进展。
主要证据
单细胞RNA测序和空间转录组学显示SPP1+巨噬细胞与ITGA5+成纤维细胞在HCC中共定位;体外共培养实验显示rmSPP1激活的NIH/3T3细胞条件培养基增强Hepa1-6细胞增殖、迁移、侵袭和伪足形成;体内原位移植瘤模型显示共注射rmSPP1预处理的NIH/3T3细胞和Hepa1-6细胞显著增大肿瘤体积和肺转移。
研究意义
本研究为HCC治疗提供了新的靶点(SPP1-ITGA5相互作用),并有望通过调节免疫细胞或重塑基质细胞来改善HCC患者的预后,同时为HCC的诊断和治疗优化提供理论依据。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

构建从健康肝脏到HCC的免疫微环境单细胞图谱

识别不同疾病阶段(健康、肝炎、肝硬化、HCC)存在的免疫细胞类型及其动态变化。

对15个scRNA-seq样本(健康2、肝炎2、肝硬化2、HCC 9)进行质量控制、聚类和细胞类型注释,分析九种主要细胞类型(内皮细胞、上皮细胞、成纤维细胞、巨噬细胞、树突状细胞、B细胞、T细胞、NK细胞、NKT细胞)的比例变化。

2

鉴定HCC阶段特异性的细胞亚群及其特征

揭示与HCC进展相关的免疫细胞亚群和成纤维细胞亚群,并分析其分化轨迹和功能富集。

对巨噬细胞、成纤维细胞、T细胞、NK细胞、NKT细胞、B细胞和树突状细胞进行亚聚类分析,并通过轨迹分析、GSVA和GO富集分析其功能和分化关系。

3

分析细胞间通讯网络

识别不同疾病阶段细胞间通讯的变化,并确定HCC阶段特异的配体-受体相互作用。

使用CellChat包分析不同阶段细胞亚群间的配体-受体相互作用和信号通路,重点关注HCC中巨噬细胞与成纤维细胞的通讯。

4

验证SPP1-ITGA5相互作用在HCC中的存在

通过多个独立方法验证SPP1+巨噬细胞和ITGA5+成纤维细胞在HCC组织中的共定位和表达。

使用TCGA-LIHC数据验证SPP1和ITGA5的表达及预后意义;使用空间转录组学(HRA000437数据集)和多重免疫荧光观察HCC组织中的共定位和表达。

5

体外验证SPP1-ITGA5介导的成纤维细胞激活及对肝癌细胞的影响

验证SPP1-ITGA5相互作用是否激活成纤维细胞为CAF表型,并评估其条件培养基对肝癌细胞恶性行为的影响。

用rmSPP1处理NIH/3T3细胞,检测α-SMA、ITGA5表达及SPP1-ITGA5结合;收集条件培养基处理Hepa1-6细胞,检测增殖(CCK-8、EdU)、迁移(划痕、Transwell)、侵袭(Transwell)、伪足形成(Phalloidin)和粘附斑(Vinculin)。

6

鉴定SPP1-ITGA5下游分泌因子并验证MMP2的作用

确定SPP1-ITGA5轴诱导成纤维细胞分泌的关键因子,并验证其对肝癌细胞迁移和侵袭的作用。

通过生信筛选和qRT-PCR验证候选分泌因子,检测MMP2蛋白表达和活性,使用SB-3CT抑制MMP2活性后评估对迁移、侵袭和细胞骨架重塑的影响。

7

体内验证SPP1-ITGA5轴对肿瘤进展的促进作用

在动物模型中确认SPP1-ITGA5轴对HCC生长和转移的影响。

将Hepa1-6细胞与rmSPP1预处理的NIH/3T3细胞(1:1比例)原位共注射到BALB/c裸鼠左肝叶,35天后评估原位肿瘤大小、肺转移情况,并通过IHC检测α-SMA、SPP1、ITGA5、MMP2和Ki-67的表达。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
重组小鼠SPP1ABclonalRP02806
Protein A+G琼脂糖珠BeyotimeP21Z9S
Trizol试剂Takara9109
Takara试剂盒TakaraRR036A; RR820A
SB-3CTMCE292605-14-2
明胶酶谱试剂盒APPLYGENP1700

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
细胞培养与处理
rmSPP1浓度0.5 μg/mL,处理时间96小时;NIH/3T3细胞来源;Hepa1-6细胞来源
阅读提示:Methods: Cell culture, preparation of rmSPP1 working solution, and co-culture system
体外功能实验
CCK-8检测时间点;EdU处理时间;划痕实验观察时间;Transwell实验孵育时间;细胞接种密度
阅读提示:Methods: Cell activity assays; Wound healing and transwell assay
MMP2抑制实验
SB-3CT浓度10 μM,处理时间72小时
阅读提示:Methods: Gelatin zymography; Results: SPP1-activated NIH/3T3 cells promote migration and invasion of Hepa1-6 cells by secreting MMP2; Figure 7E-7I
体内动物实验
小鼠品系、性别、周龄;细胞注射比例和数量;注射部位;观察时间;饲养条件
阅读提示:Methods: In situ transplantation model of HCC in nude mice; Figure 8
组织学检测
抗原修复条件(柠檬酸盐缓冲液pH 6和Tris-EDTA pH 9);抗体信息;IHC操作步骤
阅读提示:Methods: Multiplex immunofluorescence, immunofluorescence, western blotting (WB), co-immunoprecipitation (Co-IP), and immunohistochemistry (IHC); 补充表S3