空间多组学图谱揭示缺氧驱动的促纤维化SPP1+巨噬细胞在肝细胞癌免疫逃逸和TACE耐药中的机制

Spatial multi omic profiling maps hypoxia-driven pro-fibrotic SPP1+ macrophages underpinning immune escape and TACE resistance in hepatocellular carcinoma

作者信息Fansen Ji, Hao Chen, Boyang Wu, Ying Xiao, Jiawei Zhang, Jianghui Yang, Weihua Yan, Xiaojuan Wang, Bingjun Tang, Huan Li, Siyu Wu, Quan He, Hao Liu, Haoming Xia, Xinquan Liu, Yibo Gao, Pengfei Wang, Shizhong Yang, Jiahong Dong
PMID42665842
发布时间2026-08-28
DOI10.1186/s40164-026-00820-1

实验完整度

整合单细胞转录组、空间转录组(CosMx)和空间蛋白质组(GeoMx)等多层级数据,并通过多重免疫荧光、体外FN1敲低实验及多个独立队列验证,包含功能验证和机制探索。

主要模型

肝细胞癌患者肿瘤组织(TACE治疗与未治疗) THP-1细胞系(PMA诱导的巨噬细胞) 肝星状细胞LX-2细胞系 TACE反应者与非反应者的肿瘤组织(mIF验证)

重点核对

SPP1+巨噬细胞在TACE治疗后的肿瘤核心区域富集且与缺氧信号共定位 FN1在SPP1+巨噬细胞中高表达,并通过FN1-CD44轴与T细胞相互作用 FN1敲低降低LGALS3表达并部分恢复CD8+ T细胞功能 FN1+SPP1+PDCD1+ M2巨噬细胞在TACE非反应者中富集

摘要

背景:为了通过全面表征治疗后的肿瘤微环境(TME),阐明肝细胞癌(HCC)经动脉化疗栓塞(TACE)后治疗耐药(难治性)的细胞和分子机制。方法:我们采用了一种整合的空间多组学策略,结合批量RNA测序和单细胞RNA测序、亚细胞分辨率空间转录组学以及对TACE治疗和未治疗HCC患者组织的空间蛋白质组学。公共数据集用于预后和预测性验证,关键发现通过多重免疫荧光和体外实验得到证实。结果:TACE诱导了深度缺氧的TME,驱动了以高SPP1表达为特征的促纤维化肿瘤相关巨噬细胞(TAM)群体的选择性富集(SPP1+ TAMs)。空间作图表明,这些SPP1+ TAMs定位于缺氧的肿瘤核心,通过产生纤连蛋白(FN1)重塑细胞外基质,建立纤维化生态位,并限制T细胞活化,从而协调免疫排斥的微环境。这种巨噬细胞亚型的丰度是TACE耐药的有力预测因子。结论:TACE诱导的缺氧促进巨噬细胞驱动的纤维化程序,这是HCC免疫逃逸和治疗失败的关键决定因素。靶向这种SPP1+ TAM介导的纤维化生态位可能是一种克服TACE耐药并改善临床结果的潜在治疗策略。

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
TACE治疗后肝细胞癌肿瘤微环境的细胞和分子重塑机制,特别是治疗耐药(难治性)的机制。
核心机制
TACE诱导的缺氧驱动SPP1+巨噬细胞积聚,这些巨噬细胞通过产生FN1重塑细胞外基质,建立纤维化生态位,并通过FN1-CD44轴与T细胞相互作用,同时上调LGALS3表达,从而抑制T细胞活化,导致免疫逃逸和TACE耐药。
主要证据
综合scRNA-seq、空间转录组学(CosMx)和空间蛋白质组学(GeoMx)数据,发现SPP1+巨噬细胞在TACE后富集于缺氧肿瘤核心,并通过多重免疫荧光在独立队列中验证了FN1+SPP1+PDCD1+ M2巨噬细胞在TACE非反应者中显著富集;体外FN1敲低实验表明FN1正调控LGALS3并影响T细胞相关通路。
研究意义
作者提出靶向SPP1+ TAM介导的纤维化生态位,特别是FN1–Galectin-3轴,可能作为克服TACE耐药并改善HCC患者临床结局的潜在治疗策略。

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

单细胞转录组分析

描绘TACE治疗前后免疫细胞组成和状态的变化。

整合公共及内部scRNA-seq数据,分析主要免疫细胞类型及其亚群,鉴定差异富集的细胞亚群和基因表达特征。

2

空间转录组和蛋白质组分析

在组织原位解析TACE治疗后的细胞空间分布和蛋白质表达变化。

使用CosMx空间分子成像(SMI)平台进行1000基因panel的空间转录组分析,并使用GeoMx DSP进行约570重蛋白的空间蛋白质组分析,比较治疗前后肿瘤核心、边界和癌旁区域的差异。

3

SPP1+巨噬细胞鉴定与功能验证

验证SPP1+巨噬细胞在TACE耐药中的作用及其对T细胞功能的影响。

基于空间数据鉴定SPP1+巨噬细胞,分析其与缺氧的共定位;在THP-1细胞中进行FN1敲低实验,检测LGALS3表达和对CD8+ T细胞功能的影响;利用多重免疫荧光在临床样本中验证FN1+SPP1+PDCD1+ M2巨噬细胞与TACE反应的关系。

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
CosMx™空间分子成像仪NanoString--
GeoMx数字空间 ProfilerBruker--
佛波醇-12-十四酸酯-13-乙酸酯----
Lipofectamine RNAiMAX转染试剂Thermo Fisher Scientific--
RNeasy Mini试剂盒Qiagen--
TruSeq RNA文库制备试剂盒Illumina--
Illumina NovaSeq 6000测序仪Illumina--
SYBR Green预混液Applied Biosystems--
QuantStudio 6 Flex实时荧光定量PCR系统Applied Biosystems--
Agilent Bioanalyzer 2100分析仪Agilent--
CellScape™精准空间蛋白质组学平台Bruker--

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
单细胞转录组分析
样本来源(患者数量、治疗状态)、数据预处理参数
阅读提示:Methods中“Public data collection”和“Cell type annotation”部分
空间转录组学(CosMx SMI)
组织类型(FFPE)、基因panel(1000基因)、组织区域定义(T/B/N)、细胞分割算法
阅读提示:Methods中“Spatial transcriptomics profiling using CosMx™ spatial molecular imaging (SMI)”部分
空间蛋白质组学(GeoMx DSP)
抗体panel(~570重)、ROI选择(形态学标记)、数据处理阈值(SNR)
阅读提示:Methods中“Spatial proteomics profiling using GeoMx DSP immuno-oncology protein assay”部分
FN1敲低实验
THP-1分化条件(PMA浓度和时长)、siRNA转染条件(试剂和时长)、敲低效率验证方法
阅读提示:Methods中“FN1 knockdown in PMA-induced THP-1 cells”部分
临床样本验证(mIF)
TACE反应标准(mRECIST/CCI)、样本量(5例反应者/非反应者)、染色panel(14重)
阅读提示:Results中“SPP1⁺ macrophages drive immune evasion and TACE resistance mediated by FN1”部分及Supplementary Table 13