【CMT&CHTV 医学前沿·临床经典】
导语：近期，Molecular Cancer杂志上发表的一项突破性研究，通过单细胞RNA测序技术和空间转录组分析，揭示了肝癌中三种主要的肿瘤细胞亚型，以及其与成纤维细胞之间的相互作用，增进了对肝癌肿瘤细胞内在特性的理解，还为阻碍肝癌转移提供了新的潜在治疗靶点。
8月2日，复旦大学附属中山医院黄傲、周俭教授团队在Molecular Cancer上发表了题为“Single-cell tumor heterogeneity landscape of hepatocellular carcinoma: unraveling the pro-metastatic subtype and its interaction loop with fibroblasts”的文章。研究人员通过整合52个单细胞RNA测序数据和5个空间转录组数据，建立了HCC恶性细胞的异质性景观。深入探索肝癌细胞的异质性，识别具有高转移潜力的肝癌细胞亚型，并揭示这些细胞亚型与肿瘤微环境中成纤维细胞的相互作用机制。希望能够为肝癌的精准治疗提供新的靶点和策略，进而改善患者的预后。
研究背景
肝癌（Hepatocellular carcinoma, HCC）是全球癌症相关死亡的主要原因之一，其发病率和死亡率均居高不下。HCC的分子机制复杂，不同患者之间、甚至同一患者不同肿瘤区域之间的肿瘤细胞存在显著的异质性。这种肿瘤异质性是导致治疗抵抗、疾病进展和预后不佳的关键因素。
单细胞RNA测序技术（single-cell RNA sequencing, scRNA-seq）的快速发展，为深入理解肿瘤细胞的异质性提供了新的工具。通过在单细胞水平上解析肿瘤细胞的分子特征，揭示不同肿瘤细胞亚群之间的差异，但目前对于HCC在单细胞水平上的异质性研究仍然有限。此外，肿瘤微环境（tumor microenvironment, TME）在肿瘤的发生、发展和转移中扮演着重要角色。成纤维细胞作为TME中的关键细胞成分，与肿瘤细胞之间的相互作用对肿瘤的进展和转移具有重要影响。然而，目前对于HCC中肿瘤细胞与成纤维细胞相互作用的分子机制仍知之甚少。
研究设计
本研究通过整合分析52个单细胞RNA测序数据和5个空间转录组数据，建立了肝癌恶性细胞的异质性图谱。研究团队应用多种方法对HCC肿瘤细胞的亚型进行了探究，分析了不同亚型肿瘤细胞的功能特征、转录因子、临床意义以及与微环境的关联。此外，研究还分析了肿瘤细胞亚型与成纤维细胞的相互作用。研究共纳入了92 411个细胞，包括来自52个HCC样本的35 981个肿瘤细胞。
研究结果
结果表明，肝癌肿瘤细胞可以被分为三种亚型：ARG1+代谢亚型（Metab-subtype）、TOP2A+增殖表型（Prol-phenotype）和S100A6+促转移亚型（EMT-subtype）。这三种亚型分别表现出代谢、增殖和上皮-间质转化（EMT）的不同特征。轨迹分析显示，Metab-subtype和EMT-subtype均起源于Prol-phenotype。进一步的转录因子分析发现，EMT-subtype细胞中SMAD3和TGF-β信号通路被特异性激活（图1）。此外，研究还发现了肿瘤细胞和成纤维细胞之间通过SPP1-CD44和CCN2/TGF-β-TGFBR1相互作用，促进了肿瘤细胞向EMT-subtype的转化和肿瘤的转移。
图1 HCC的单细胞异质性景观
进一步的功能性分析揭示了这三个亚型在生物学过程中的独特模式（图2A）。Metab-subtype在代谢过程中显著富集，特别是与胆汁酸代谢和外源性代谢相关的途径。Prol-phenotype亚型则在细胞周期和增殖相关途径中表现出高度活性，而EMT-subtype亚型则在细胞趋化和迁移过程中显著富集，并且与EMT和缺氧过程密切相关（图2B）。
图2 三种HCC肿瘤细胞亚型的功能特征和进化过程
轨迹分析显示，Metab-subtype和EMT-subtype均起源于Prol-phenotype（图2C），揭示了肿瘤细胞异质性的进化关系，为理解肝癌进展提供了新的视角。
研究发现以EMT-subtype细胞为主的肝癌（EMT-HCC）预后不佳，且其肿瘤微环境呈现出“沙漠化”特征，即免疫细胞浸润较少（图3）。此外，EMT-subtype细胞还表现出干细胞特性的显著上调，这与其高度转移潜力相一致。
图3 三种亚型的组成
肿瘤细胞与成纤维细胞的相互作用：研究揭示了EMT-subtype细胞与成纤维细胞之间的相互作用。EMT-subtype细胞通过分泌SPP1，特异性地招募并激活成纤维细胞，使其转变为FAP+成纤维细胞（图4）。这一过程中，FAP+成纤维细胞通过分泌CCN2，进一步激活TGF-β-SMAD信号通路，促进肿瘤细胞向EMT-subtype的转化。
图4 EMT-HCC中成纤维细胞的活化
总结讨论
本研究通过单细胞水平的深入分析，揭示了肝癌细胞异质性的新图谱，并识别出S100A6+肿瘤细胞亚型在肝癌转移中的重要作用。此外，研究还发现了肿瘤细胞与成纤维细胞之间的相互作用，为肝癌的抗转移治疗提供了新的潜在靶点。这些发现不仅增进了我们对肝癌肿瘤细胞内在特性的理解，也为开发普遍的干预策略提供了新的方向。通过解析肿瘤细胞和成纤维细胞之间的复杂反馈回路，本研究为阻碍HCC转移提供了新的潜在治疗靶点。
参考文献
GUO DZ, ZHANG X, ZHANG S Q, Et al. Single-cell tumor heterogeneity landscape of hepatocellular carcinoma: unraveling the pro-metastatic subtype and its interaction loop with fibroblasts[J]. Mol Cancer. 2024; 23(1): 157. Published 2024 Aug 2. DOI:10.1186/s12943-024-02062-3.
