肝细胞癌（Hepatocellular Carcinoma, HCC）是全球最常见的肝癌类型之一，每年夺走约80万人的生命，大多患者在确诊时已经到了晚期，只能接受全身治疗。然而，目前常用的免疫检查点阻断剂（Immune Checkpoint Blockades, ICBs）疗效有限。此前研究发现肝细胞癌通常起源于富含基质的环境中，基质如同肿瘤生长的土壤，其中的癌相关成纤维细胞（Cancer-Associated Fibroblasts, CAFs）通过与其他细胞的相互作用进而推动肿瘤生长。尽管靶向CAFs可以增强当前的治疗效果，但是其治疗潜力尚未充分探索。与此同时，围绕肿瘤组织的纤维环（Fibrotic Ring, FR），也被称为肿瘤包膜，在HCC中被报道与较好的临床预后相关。那么，阐明不同空间位置的基质成分的生物学功能及其调控机制，是否会为HCC提供新的治疗选择？
近日，华大联合复旦大学附属中山医院、中国科学院神经科学研究所等团队，在Cell Discovery发表肝细胞癌相关研究。研究利用图像深度学习、空间蛋白质组学、华大时空组学技术Stereo-seq，以及单细胞/细胞核RNA测序等技术，首次解析了两种不同基质模型的肝细胞癌（HCC）——纤维环阳性肝细胞癌（FR+ HCC）和纤维环阴性肝细胞癌（FR- HCC）的基质蛋白分子及细胞组成的空间图谱。
通过这张宛若高清“肝癌城市地图”的空间图谱，研究人员精准定位了不同的居民（细胞类型）在城市里的职业和位置，并发现两种癌相关成纤维细胞（CAF-C7和CAF-FAP）的空间分布与临床预后密切相关，同时揭示了其潜在的调节转录因子及空间微环境单元。此外，研究还提出了靶向CAF治疗作为HCC治疗的新策略。
研究关键发现
研究人员首先收集了近1200例HCC患者的病理图像，通过病理图像分析鉴定了两种具有相反预后的不同基质模型HCC：FR+ HCC（肿瘤边缘有明显的纤维环，但肿瘤内基质稀少，预后较好）和FR- HCC（肿瘤内基质丰富，但无纤维环，预后较差）。
研究人员进一步分析了30例患者的127个不同空间区域基质样本，发现纤维环基质（FR）主要上调参与基底膜构成和损伤修复相关蛋白，其胶原纤维呈片状结构，可能作为生物屏障抑制炎症和肿瘤侵袭；而FR-肿瘤内基质（TS_FR-）主要上调参与肌动蛋白细胞骨架构成、免疫调节和炎症反应相关蛋白，其胶原纤维呈密集交联结构，可能与T细胞运动能力降低和迁移受限有关。
通过对28例患者的癌-癌旁交界样本进行Stereo-seq和单细胞/细胞核RNA测序分析，研究人员绘制了单细胞分辨率的空间转录组图谱，并划分了肿瘤核心区、肿瘤边缘区、肝边缘区/包膜区和肝远端区。研究发现CAF-C7和CAF-FAP分别主导包膜区和肿瘤核心区的基质异质性，RUNX1和USF2分别是其分化的关键调节因子。
此外，研究还发现了两个功能性空间微单元：CAF-FAP与CD8_PDCD1细胞组成的肿瘤内炎症单元，CAF-FAP通过高表达NECTIN2与CD8_PDCD1细胞表面的TIGIT受体互作，介导CD8+ T细胞功能耗竭；而CAF-C7与Macrophage_SPP1细胞共定位形成的包膜区损伤修复单元，Macrophage_SPP1通过高表达PDGFC与CAF-C7中的PDGFRA强互作，激活CAF-C7产生细胞外基质沉积。
最后，通过原位共注射细胞系小鼠模型，将CAF-FAP抑制剂与抗PD-1免疫治疗联合应用相较于单独使用这两种方法中的任何一种，能够显著增强肿瘤消退的效果，从而为HCC的治疗开辟了新的策略方向。
研究总结
本研究全面系统地阐释了在两种不同类型的基质模型中，HCC的基质结构和成纤维细胞亚群的复杂相互作用，揭示了CAF-FAP和CAF-C7在肿瘤微环境中的关键作用及其对临床预后的影响。这些发现为开发针对肝细胞癌（HCC）的新型治疗靶点提供了可能，有助于突破当前疗法面临的耐药性问题，并为未来优化免疫治疗策略指明了新的方向。
复旦大学附属中山医院成怡斐博士、华大生命科学研究院陈小芳博士和中国科学院神经科学研究所冯力博士为文章共同第一作者，复旦大学附属中山医院樊嘉院士、高强教授，华大基因吴逵研究员、中国科学院孙怡迪研究员、周虎教授为文章共同通讯作者。
以上研究中使用到的时空产品方案为适用于新鲜冷冻样本的时空转录组FF。目前该方案已升级为时空转录组FF V1.3，升级后其在保持Stereo-seq技术“纳米级分辨率”和“厘米级全景视场”的两大优势下，通过优化时空试剂、酶、探针设计以及算法软件，捕获效率大幅提升，工作流程更快速简便，用户友好性显著增强，可助力研究人员轻松获得每个细胞内的更多高质量转录本数据，为各种应用场景下的科学研究提供无与伦比的洞察力。
时空转录组FF V1.3产品方案详情可移步时空官网查看（复制链接到浏览器打开）：