癌症相关成纤维细胞（CAFs）是一群高度异质性的细胞，是肿瘤基质的主要组成成分。CAFs对肿瘤进展的影响可能是多方面的。CAFs可以通过调节炎症发挥促肿瘤作用，某些CAF亚型也显示出肿瘤抑制功能，并与治疗结果的改善有关。由于CAFs促进和抑制肿瘤的特性，最近已经成为人们关注的潜在治疗靶点，但迄今为止，广泛针对肿瘤基质的临床试验还没有取得成功。CAF异质性程度的全面解析及其与肿瘤生物学和临床预后的关系亟需进一步研究。

近期来自苏黎世联邦理工学院和苏黎世大学的研究团队在《Cancer Cell》发表了题为“Cancer-associated fibroblast phenotypes are associated with patient outcome in non-small cell lung cancer”的研究。本研究通过空间单细胞蛋白组技术分析了超过1000名非小细胞肺癌（NSCLC）患者的肿瘤微环境，发现了其肿瘤微环境中癌症相关成纤维细胞的（CAFs）的高度异质性，揭示了不同CAF表型与患者预后的关联。

非小细胞肺癌作为普遍存在的肺癌类型，其肿瘤微环境（TME）能够反映患者疾病及治疗的进展情况。研究人员通过成像质谱流式（IMC）对1000多名非小细胞肺癌患者的肿瘤组织芯片进行分析，通过45种抗体识别了肿瘤微环境中常见的免疫细胞，内皮细胞，同时详细的描绘了不同的CAF的表型（图1A-B）。研究人员通过Pan-CK和SMA等多个marker来区分肿瘤微环境中的CAFs。结果显示，这些CAF细胞类型总体上与NSCLC临床指标之间并没有明显的相关性，这预示着我们需要深入细胞表型，挖掘更多信息（图1C-D）。

图1 NSCLC样本的空间分析

CAF在以往的研究中展示出高度的肿瘤相关性，为进一步解析CAF不同细胞状态是否与NSCLC的肿瘤进展相关，研究人员定义了11种CAF类型（图2A-B），其中在NSCLC中SMA CAFs占据总CAFs的最大比例，同时所有CAF类型均存在于肺腺癌（LUAD）和肺鳞状细胞癌（LUSC）中。但是两种NSCLC亚型中富集的CAF类型也并不相同（图2A-C）。

生存期预测：接下来研究人员分析了与患者结局或临床表现相关的CAF表型，通过比较不同生存期的患者数据，确定了ifnCAFs(IDO+)和iCAFs(CD34+/CD248+)与患者较长生存期相关，而Hypoxic tCAF(CAIX+/CD10+)和tCAF(CD10+/CD73+)等与较短的生存期相关。通过CAF表型对NSCLC患者进行分组，结果也显示高表达SMA CAFs(SMA+/FAP-/MMP-/Collagen-)和ifnCAFs(IDO+)的组别显示出更长的总生存期。这些结果都证明高比例的SMA CAF、ifnCAF和iCAF与患者较长的生存期相关（图2D-F）。

治疗和转移预测：为进一步确定已发现的CAF预后价值，研究人员分析了其与化疗耐药和转移的关系，其中治疗后未复发患者中ifnCAFs显著富集，同时iCAFs与患者肿瘤转移呈高度负相关（图2G-I）。

结论：在此研究人员确定tCAFs和Hypoxic tCAFs为不良预后因素，ifnCAFs、iCAFs、SMA CAFs和dCAFs(Ki-67+)为NSCLC的良好预后因素。

图2 CAF与患者临床显著相关

CAFs在NSCLC患者TME中的空间分布决定了其肿瘤的进展，研究人员分析了NSCLC患者TME中多种细胞类型的空间分布。其中预后不良的组富含缺氧肿瘤细胞和中性粒细胞，而免疫细胞很少；预后良好的组表现出免疫细胞富集的状态。这也解释了两组患者预后的差异（图3A）。这个结果证明由CAF定义的不同患者类型之间存在着差异的TME。研究人员进一步对CAF在TME中的分布进行了分析，细胞距离分析发现了其中SMA CAFs和mCAFs(MMP11+/SMA+/Collagen+)几乎全部存在于基质区域，而Hypoxic tCAFs几乎全部存在于肿瘤区域中（图3B）。其中SMA CAFs、mCAFs和vCAF(CD146+/CD34-)在空间上彼此靠近，而vCAF和iCAF靠近血液和淋巴内皮细胞（图3C）。即便多种细胞在NSCLC患者TME中存在着强烈的相互作用，但通过比较临床参数，研究人员并没有发现细胞相互作用在不同组别中有明显差异。

图3 CAF在NSCLC中的空间定位

纤维化和致密的基质在TME中会阻挡免疫细胞到达肿瘤病灶区域，从而导致患者预后不佳。研究人员已经确定mCAFs是肿瘤基质的主要成分（图1D），同时高密度mCAF是LUSC总生存期差的预测因子。因此研究人员根据mCAF的密度分析细胞的相互作用，其中在mCAF密度低的患者中，免疫细胞在肿瘤细胞周围富集（图4A）。与mCAF高密度患者相比，所有免疫细胞（CD4+T细胞、CD8+T细胞、B细胞等）在肿瘤附近或肿瘤内部区域更多，而在远离肿瘤的区域更少（图4B-D）。以上数据表明，mCAF的密度可能通过驱动纤维化干扰免疫细胞在NSCLC中的浸润，从而导致患者预后不良。

图4 高密度mCAF形成免疫阻挡壁龛

本研究使用空间单细胞蛋白组学深入分析了NSCLC患者的肿瘤样本，揭示了CAFs表型与患者预后的密切关联。同时定义了与患者预后相关的CAFs，并发现其空间分布与免疫细胞浸润和缺氧区域密切相关。对于复杂的肿瘤微环境，每一个细胞的作用都不容小觑，空间单细胞蛋白组学不仅能够准确定义细胞类型，还能在组织原位复现细胞互作，为肿瘤的精准研究提供了全新视角。

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