头颈鳞状细胞癌（HNSCC）具有侵袭性强、遗传复杂和治疗难度大的特点，5年总生存率约 50%，复发率高，临床病理参数对预后等预测能力有限。肿瘤微环境在癌症进展中起关键作用，但肿瘤细胞状态与基质微环境的相互作用机制尚不清楚。近期Cell杂志发表的一项研究中研究者利用多重蛋白成像技术，借助开发的空间图像分析流程，结合空间转录组和功能验证发现了HNSCC中具有部分上皮-间质转化特征（pEMT）的上皮/肿瘤细胞（高表达Slug或者Vimentin）和肿瘤相关成纤维细胞（CAF）之间具有紧密的空间互作关系。具有pEMT状态的肿瘤细胞可对周围基质做出反应，富含CAF的纤维化微环境与pEMT特征的肿瘤相互作用，可导致最具侵袭性的癌症表型。体外和体内实验证明了CAF有能力将具有pEMT状态的肿瘤细胞重新编程为促侵袭性的表型。空间转录组揭示了这种相互作用可以通过EGFR及其配体AREG来驱动，它们在pEMT特征的细胞中富集并驱动这两种细胞类型之间的动态相互作用。

研究者设计了蛋白panel来标记肿瘤细胞的不同状态以及不同类型的基质细胞：

文中用到的抗体列表

研究者分别对肿瘤细胞和基质细胞进行了单独的分析，尤其是在图像分割完成后，研究者并没有按照常规的方式只依据蛋白表达去定义细胞类型，而是将蛋白表达，细胞核的形态，细胞的邻近关系等多个参数联合作为特征量对分割的细胞进行了无监督聚类，聚类后的cluster按照特征描述命名。

多参数注释细胞聚类结果

首先通过对212例HNSCC患者TMA样本的分析，识别出4种主要上皮/肿瘤表型（图1A），根据这些上皮表型的相关性进行无监督聚类将患者分为6组不同上皮特征的亚型（图1B-D），大部分亚型主要包含一种上皮表型，这6种上皮特征亚型患者包括：dense Sox2-high K14-low、stem-cell-enriched、well differentiated、pEMT uniform、pEMT spatial和一个混合型Mixed。不同亚组与临床病理特征和疾病结局相关。如HPV+口咽癌患者多落入Sox2高的组，50%的淋巴结转移患者落入 “dense Sox2-high K14-low” 组，60% 以上复发肿瘤患者属于两个pEMT组。但是上皮特征与预后并没有显著相关性。

图1 肿瘤表型分析

接着研究者对基质细胞进行了分析，通过5种基质表型的相关性将患者分为3组不同基质特征的亚型（图2），包括immune-enriched、CAF-enriched、myeloid- enriched stroma。和上皮特征不同，这些基质特征与患者生存相关，immune-enriched组五年疾病生存率为64%，CAF-enriched组为34%，myeloid-enriched组为52%。尤其是研究者发现了当基质特征和上皮特征联合预测时，CAF-enriched特征只在具有pEMT特征的肿瘤患者中预测不良的预后结局，在不具有pEMT特征的肿瘤患者中并没有作用。

图2 基质表型分析

为了解释为什么只有存在pEMT状态的肿瘤中CAF的富集才和患者低生存率相关，研究者利用Visium空间转录组分析了细胞之间的空间互作机制（图3A）。利用基因表达和功能富集特征定义的细胞群体类似于多重成像的结果。细胞通讯分析发现了CAF细胞和具有pEMT特征的肿瘤细胞之间具有最强的交互通讯关系（图3A）。空间邻近分析也验证了在pEMT肿瘤患者中，CAF细胞和pEMT肿瘤细胞之间具有重要通信关系的配受体是AREG-EGFR（图3C-D）。

图3 空间转录组分析细胞互作

体外共培养实验表明，CAFs可使部分肿瘤细胞发生转录重编程，如上调与细胞迁移和抗凋亡相关的基因，这种重编程依赖于肿瘤细胞是否存在pEMT特征，且与EGFR信号通路相关，通过AREG - EGFR相互作用实现。肿瘤细胞与CAFs共培养时，pEMT状态的肿瘤细胞表现出更强的侵袭行为，可侵入CAF 核心，而非pEMT状态的肿瘤细胞侵袭性较弱，且可被TGF-β和EGFR抑制剂抑制（图4）。

图4 功能验证CAF和pEMT肿瘤细胞间的互作结果

在独立患者队列中，进一步验证了pEMT状态和基质特征对预后的重要性，pEMT状态与肿瘤微环境相互作用影响患者预后，CAF富集的基质与pEMT肿瘤组合导致最差的预后。pEMT肿瘤细胞与CAFs相互作用，诱导侵袭性基因表达，与患者预后不良相关，且pEMT状态与肿瘤组织的碎片化结构和免疫细胞浸润减少有关（图5）。

图5 独立队列进行验证

|   总结与讨论

该研究为理解肿瘤细胞-基质相互作用提供了新视角，有望为HNSCC的诊断、治疗和预后评估提供新策略。

指导治疗方案选择：癌细胞的pEMT状态和基质组成可作为生物标志物，帮助医生更精准地选择治疗方案。对于pEMT上皮状态且基质为免疫细胞富集的患者，其五年生存率较高，可能对现有治疗反应较好，可考虑采用相对保守的治疗策略；而对于pEMT上皮状态且基质为CAF富集的患者，五年生存率低，疾病侵袭性强，应考虑更积极的综合治疗。

预测治疗反应：通过检测癌细胞-基质相互作用相关分子标志物，如AREG、EGFR等的表达水平，预测患者对特定治疗药物的反应。例如，AREG表达高的患者可能对EGFR抑制剂治疗更敏感，从而为个性化治疗提供依据。

确定潜在治疗靶点：研究发现CAF在pEMT特征癌细胞重编程为侵袭性表型中起关键作用，这提示针对该轴的关键分子，如AREG-EGFR信号通路中的相关分子，可能成为新的治疗靶点。开发针对这些靶点的特异性抑制剂，有望阻断癌细胞与基质间的异常信号传导，抑制肿瘤侵袭和转移。

联合治疗策略优化：鉴于癌细胞-基质相互作用的复杂性，单一治疗方式可能难以取得理想效果。因此，可考虑联合使用针对癌细胞和基质细胞的药物。例如，联合使用EGFR抑制剂与针对CAFs的药物，或与化疗、放疗等传统治疗手段相结合，从多个角度抑制肿瘤生长和转移，提高治疗效果。

患者分层管理：根据癌细胞-基质相互作用特征对患者进行分层，将患者分为不同亚组，针对每个亚组的特点制定个性化的治疗和随访计划。例如，对于基质免疫细胞浸润丰富的患者，可考虑免疫治疗或免疫调节治疗，而对于基质纤维化严重的患者，可能需要联合抗纤维化治疗。

| PCF空间单细胞蛋白组学优势

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