肺癌因晚期诊断导致治愈率低，是全球癌症相关死亡的主因。早期筛查发现的肺结节中约20%为癌前病变​，因此在癌前病变阶段阻断恶性转化，或许是根治肺癌的新思路。但是癌前样本的稀缺，限制了对早期癌症进展及免疫微环境演化的理解。基因组变异在癌前阶段已存在，但不足以驱动进展。为了揭示肿瘤微环境（TME）如何驱动癌前演进，以及能否找到癌前阶段特异性靶点，来自美国德克萨斯大学安德森癌症中心张建军领衔的研究团队在《Cancer Cell》上发表了题为“Spatial and multiomics analysis of human and mouse lung adenocarcinoma precursors reveals TIM-3 as a putative target for precancer interception”的研究论文，通过空间单细胞蛋白组技术（成像质谱流式，IMC）和多种肺癌模型，系统揭示了肺腺癌（LUAD）前驱病变演进过程中TME的动态变化，并鉴定出免疫检查点分子 ​TIM-3​ 作为干预早期肺癌发展的潜在靶点。

|   构建肺腺癌及癌前病变的免疫微环境图谱

该研究的发现阶段纳入了114例肺腺癌及癌前病变患者的样本，包括40例非典型腺瘤样增生（AAH）、22 例原位腺癌（AIS）、18例微浸润性腺癌（MIA）和34例恶性的侵袭性腺癌（IAC），以及配对的癌旁组织。通过IMC技术进行了34种抗体的同步检测，总共生成了1618个ROI的空间单细胞图谱，分析了480多万个单细胞，鉴定了14种主要的细胞类型。

空间单细胞蛋白组

细胞比例上，适应性免疫细胞（CD4+ T、CD8+ T 、B和Tregs）随着进展增加，而天然免疫细胞（macrophages、neutrophils、MDSC、NK和DC）随着进展减少。细胞亚型上，M2型巨噬细胞随着进展增加，但是M1型先增加后减少。除了naïve CD4 或CD8 T细胞随着进展减少，其他memory、proliferating和exhausted CD4 或CD8 T细胞，以及Treg随着进展都显示增加。

|   肺腺癌进展中的细胞互作模式

首先是上皮/肿瘤细胞的分析，除了同源性互作很强之外，上皮/肿瘤细胞和成纤维细胞间的互作最强，并且在后期病变中互作增加，说明了增加的基质支持肿瘤增长。Treg和上皮/肿瘤细胞间的空间关系从正常肺组织中的“避让”发展到肺腺癌中的互作，说明了后期病变中的免疫抑制微环境。并且在后期病变中M2型巨噬细胞和上皮/肿瘤细胞间的互作要强于M1型。细胞邻域（CN）分析揭示了一个由多种免疫细胞富集的邻域随着进展增加，说明了患者通过不断征募免疫细胞造成的免疫压力的增加。

细胞互作分析

|   肿瘤微环境模块（module）揭示早期癌变的关键靶点TIM-3

研究者分析了细胞类型（CT）和细胞邻域（CN）的组成、互作、功能状态、形态等参数，总共提取了818个特征。然后通过Monocle 3拟时序分析不同疾病阶段的共表达特征，鉴定疾病阶段性的肿瘤微环境模块（module）。

空间原位展示CT/CN的组成、互作、形态

拟时序分析验证了从正常肺组织进展到AAH、AIS、MIA，到最后期IAC的整体演进轨迹。特征共表达分析揭示了5个肿瘤微环境模块。正常组织中内皮细胞特征富集最多；AAH阶段富集TIM-3表达的细胞状态特征，并且TIM-3主要表达在巨噬细胞、DC和单核等髓系细胞上，以及CD4和CD8 T细胞上；AIS阶段富集NK-Treg互作特征；MIA阶段富集B细胞特征；恶性的IAC阶段富集Ki-67表达的参数，说明了细胞增殖活跃。

鉴定肿瘤微环境模块

|   小鼠肺癌模型验证癌前阻断TIM-3增强抗肿瘤效果

首先为了验证小鼠肺癌及癌前病变模型中的肿瘤免疫微环境特征和患者是否一致，研究者利用IMC和空间转录组分析了小鼠的肿瘤样本。IMC结果验证了TIM-3在巨噬细胞、DC和MDSC上的显著高表达主要存在于早期癌前病变的小鼠模型中。进一步地，空间转录组联合单细胞测序发现了早期癌前病变阶段上皮/肿瘤细胞主要表达TIM-3的配体Ceacam1，揭示了TIM-3表达的髓系细胞介导免疫抑制微环境的信号传递。

小鼠模型的空间组学分析

功能实验发现了早期癌变阶段接受抗TIM-3治疗后，肿瘤生长受到显著抑制。Xenium空间转录组分析揭示了抗TIM-3治疗会显著减少M2型巨噬细胞的数量、增加cDC数量，同时激活cDC的抗原呈递能力和增加T细胞的活性。

功能验证抗TIM-3的作用

|   小结

该研究通过空间多组学揭示了LUAD前驱病变免疫微环境的动态演化规律，确立了TIM-3在癌前免疫逃逸中的核心地位，并证实其作为早期拦截靶点的治疗潜力，同时多个抗TIM-3药物已进入临床，安全性支持快速转化，为肺癌预防提供了新思路。

|   相关文献

Zhu B, Chen P, Aminu M, Li JR, Fujimoto J, Tian Y et al. Spatial and multiomics analysis of human and mouse lung adenocarcinoma precursors reveals TIM-3 as a putative target for precancer interception. Cancer Cell. 2025:S1535-6108(25)00162-X. Online ahead of print.