行业前沿丨Cell专辑ldquo

MassachusettsGeneralHospital的DavidT.Ting团队通过使用一系列单细胞技术和高通量电子影像技术，对CAFs如何影响PDAC瘤内结构塑造进行了探索。以题目为StromalMicroenvironmentShapestheIntratumoralArchitectureofPancreaticCancer为题在《Cell》发表研究论文。

主要内容

单细胞技术已经描述了跨组织的异质性，但是驱动单细胞表型的空间分布和作用力尚未得到很好的定义。结合单细胞RNA和蛋白质分析技术，研究间质癌相关成纤维细胞（CAF）在调节胰腺癌（胰腺导管腺癌[PDAC]）模型系统异质性中的作用，科研人员已经确定了单细胞向着上皮-间质转化的重要转变EMT）和增生（PRO）表型与有丝分裂原激活的蛋白激酶（MAPK）和信号转导子和转录激活子（STAT3）信号转导相关。使用PDAC肿瘤中RNA原位杂交的高内涵数字成像，科研人员量化了,个个体癌细胞中的这些EMT和PRO亚群，这些癌细胞可以在不同的肿瘤腺体“单位”的背景下进行分类。肿瘤腺体的分类提供了另一层肿瘤内异质性与基质丰度和临床结局的差异有关。这证明了基质通过改变人PDAC中肿瘤腺体的固有模式而在塑造肿瘤结构中的影响。

胰腺导管腺癌（PDAC）的基质由一个复杂的生态系统组成，该生态系统由免疫细胞，内皮细胞和癌症相关的成纤维细胞（CAF）组成，为癌细胞提供了利基来调节肿瘤的生长和侵袭行为。胰腺CAF占肿瘤基质的大部分，传统上被认为可以增加生长，抑制免疫反应并增强转移性传播。但是，最近的小鼠模型研究表明，相比之下，基质CAFscan的减少导致更具侵略性的PDAC行为。此外，PDAC肿瘤中基质成分的区域差异会产生一个镶嵌图，癌细胞将其显示为散布在CAF“海”中的“肿瘤岛”。

总之，这些数据支持了PDAC和CAF细胞之间复杂而细微的相互作用，而不是一致地刺激或抑制。以前，科研人员已经通过单细胞RNA测序（scRNA-seq）证实了PDAC原发性肿瘤细胞与循环肿瘤细胞之间的显着异质性，并确定了富集上皮到间质转化（EMT）或增殖（PRO）功能的独特亚群（Ting等人（年）。原发性肿瘤的RNA原位杂交（RNAISH）显示在肿瘤-基质界面的PDAC细胞亚群中这些标记显着富集，这表明微环境CAF在PDAC细胞异质性中起重要作用。在这里，科研人员利用单细胞RNA和蛋白质组学技术在模型系统中剖析了CAF在PDAC细胞异质性上的作用，并将这些发现转化为原发性人类肿瘤，方法是对这些亚群进行结构化表征。

肿瘤微环境在改变癌细胞行为中的重要性是众所周知的，但是关于这些元素在胰腺癌中的抑制作用和支持作用的文献相矛盾。尽管O¨zdemir等人的先前著作（）和Rhim等。（）指出基质CAFs对肿瘤的抑制作用，这些模型在已建立或正在发展的肿瘤中提供了几乎完全耗尽的CAFs，这与科研人员在建立肿瘤过程中改变CAF含量的模型不同。这些共同的研究表明，相对变化取决于肿瘤的时间发展，基质成分中的α-内啡肽可能具有多种作用。此外，计算方法显示了具有不同基质类型的PDAC亚型的独特行为。当前的工作以及以前使用scRNA-seq发表的论文揭示了肿瘤和微环境细胞的异质性，为PDAC中的动态行为提供了另一个来源。科研人员的工作通过提供具有基质CAF的PDAC细胞的异型反应的功能和分析表征，扩展了这些研究。单细胞RNA（scRNA-seq和RNA-ISH）与蛋白质（流式细胞仪和CytoF）分析平台的结合提供了前所未有的信号通路（MAPK和STAT3）与转录程序（PRO和EMT）之间的关系的解析模型系统和主要的人类肿瘤。此外，CAF分泌的TGF-b1被鉴定为多种PDAC细胞系中DP表型的产生的贡献者，尽管我们承认，要充分表征DP细胞发育过程中癌细胞与基质细胞之间的细胞相互作用，还需要进行其他工作。已显示TGFb1直接参与MAPK信号传导的胰腺癌和STAT3信号传导的肺癌，头颈部鳞状细胞癌和肝细胞癌。此外，PDAC中的EMT和ERK信号已显示出相关性。此外，已经证明MEK和STAT3抑制剂在KRAS突变的胰腺癌和结肠癌中的合理组合。通过证明MAPK和STAT3双重激活在生成PDACcell表型中的重要性以及该信号与CAF产生的TGFb1的相关性，科研人员扩展了这些结果。这突出了评估结合基质CAF组成变化的组合药物敏感性的重要性。这也表明与更准确的基质成分评估相关的治疗机会的可能性。此外，根据基质的相对含量，瘤内药物浓度的差异以及肿瘤腺体类型的不同，改变基质成分的疗法可能会导致有益或有害的影响。但是，科研人员注意到TGF-b1和STAT3信号的动力学并不仅仅适用于肿瘤细胞，并且最近的工作已经描述了这些信号通路在PDACCAF异质性中的重要性。总之，这些途径在PDAC发病机理中显然很重要，还需要进一步的工作来剖析这些信号途径在肿瘤细胞和基质CAFs中的相对作用。

未来展望

总而言之，这些发现证明了肿瘤-基质相互作用在PDAC中的重要性，并强调了RNA-ISH分析的重要性，以在补充scRNA-seq分析中包括架构背景。为了捕获这种复杂性，科研人员已经开发了一种新的方法来在人体组织中进行大规模RNAISH单细胞分析，可以将其直接转化为临床领域。在肿瘤结构的背景下了解癌细胞及其微环境之间的这些异型相互作用，揭示了对PDAC发病机理的新颖机制，并为研究肿瘤内异质性在正常组织和肿瘤组织中的作用提供了新的工具。