Hepatology 空间单细胞蛋白质组学揭示NASH-HCC免疫微环境：从基础到治疗的新视角

Hepatology｜中山一院于君/李晓星团队利用空间单细胞蛋白组揭示肝细胞癌的免疫微环境肝细胞癌（HCC）是全球主要的癌症死亡原因，其中非酒精性脂肪性肝炎（NASH）相关HCC的发病率在全球范围内上升。尽管免疫检查点阻断（ICB）已成为病毒相关HCC的标准治疗并显示出生存益处，但在NASH-HCC中，ICB治疗的效果却有限，甚至与不良效果和较差的生存率相关。因此，深入理解NASH-HCC独特的肿瘤免疫微环境（TIME）对于开发新的治疗策略至关重要。来自中山大学附属第一医院精准医学研究院的研究人员在《Hepatology》发表的一项题为“SpatialProteomicsofImmuneMicroenvironmentinNonalcoholicSteatohepatitis-AssociatedHepatocellularCarcinoma”的研究，空间单细胞蛋白组技术，深入分析了NASH相关肝细胞癌（NASH-HCC）的肿瘤免疫微环境。1、组织空间单细胞蛋白组研究设计作者收集了16名NASH-HCC患者、6名HBV-HCC（乙型肝炎病毒相关肝细胞癌）患者、5名HCV-HCC（丙型肝炎病毒相关肝细胞癌）患者以及6名健康捐献者的肝组织石蜡切片。每个切片选择6个感兴趣区域(ROI)，采用空间单细胞蛋白组技术IMC检测了35个标志物（图1A）。结果发现，与健康肝脏相比，HCC中免疫细胞发生显著改变，NASH-HCC和病毒相关性HCC之间存在更细微的差异。具体的，与健康肝脏相比，HCC患者样本中免疫细胞的浸润程度显著增加，免疫细胞群也更加多样化(图1F)，CD8+T细胞和CD4+T细胞是HCC中富集的主要免疫细胞(图1G)。此外，与健康肝脏相比，HCC患者的Treg、NKT、MDSCs和TAM均明显增加(图1G）。图1肝细胞癌空间单细胞蛋白组学2、NASH-HCC免疫细胞浸润的空间异质性为了揭示HCC中的肿瘤免疫微环境（TIME），作者重点研究了HCC患者不同区域的免疫细胞浸润，包括肿瘤（T，tumor）、边缘区和肿瘤周围区域(P)。根据组织学评价进一步将边缘区分为非瘤区(NM)和肿瘤区(MT)(图2A)，结果发现在NASH-HCC表现出免疫细胞浸润的空间异质性。特别是，CD8+T细胞在肿瘤周围区域到肿瘤区域的浸润呈现出持续且显著的下降趋势(图2C）。而CD4+T细胞的比例在非瘤区(NM)中升高，但在肿瘤中（T）下降(图2D）。免疫抑制细胞在肿瘤周围区域更集中分布，并显示出与肿瘤区域相比的下降趋势。在NASH-HCC中，免疫细胞在非肿瘤区域的分布多于其他区域，而HBV-HCC和HCV-HCC在不同区域间均没有明显的空间异质性。图2NASH相关肝细胞癌的免疫细胞空间分布3、瘤内免疫抑制细胞与T细胞存在空间位置关联性作者研究了免疫细胞之间的空间位置关联性。发现与非肿瘤组织相比，肿瘤区域免疫细胞之间的空间位置关联性发生了明显改变(图3A)。CD4+T细胞和Treg细胞之间的细胞-细胞互作在所有亚型HCC的肿瘤中都增加。CD8+T细胞彼此间的互作从非肿瘤区域到肿瘤区域(MT，肿瘤)逐渐消失(图3C)，取而代之的是CD8+T细胞与MDSCs之间的互作(图3C)。同样，MT和肿瘤中CD4+T和Treg细胞之间的距离比非肿瘤区域明显缩短，同时CD4+T细胞之间失去了自我互作关系(图3D)。这些结果表明，在NASH-HCC中，CD8+和CD4+T细胞与肿瘤内免疫抑制细胞存在空间位置关联性，与抗肿瘤反应耐受一致。图3NASH-HCC不同免疫细胞类型间物理连接的空间动力学4、免疫细胞之间的相互作用促进TIME的形成通过整合空间和功能分析来剖析免疫细胞群之间的相互作用，发现在肿瘤周围观察到CD8+T细胞(图5A)和CD4+T细胞(图5B)与其他免疫细胞更复杂的网络，反映了正常区域免疫细胞的多样性更高。NASH-HCC的免疫抑制TIME主要由PD-1+CD8+T细胞与免疫抑制细胞（如MDSCs和TAMs）的相互作用决定，这些作用可能导致了NASH-HCC中观察到的T细胞耗竭和免疫逃逸，从而形成了一个对免疫检查点阻断疗法（ICB）具有抵抗性的免疫微环境。图4CD8+T细胞不同亚群与免疫抑制免疫细胞之间相互作用的空间动力学5、免疫细胞（而非HCC细胞）是形成免疫抑制性TIME的主要因素最后探讨了NASH-HCC中HCC细胞与免疫细胞之间的潜在相互作用。NASH-HCC中，免疫细胞（而不是HCC细胞）表达了免疫检查点分子PD-1、PD-L1和ICOS（图5A），意味着NASH-HCC的TIME中的免疫抑制主要由浸润的免疫细胞介导。细胞互作分析也表明，NASH-HCC的HCC细胞与免疫细胞的连接较少，特别是与效应T细胞的连接减少，而与免疫抑制细胞MDSCs和TAMs的连接较强（图5B）。这些免疫抑制细胞与HCC细胞的紧密联系可能是NASH-HCC中免疫抑制TIME维持的原因，它们可能为HCC细胞提供了对效应T细胞的保护。图5不同功能状态下肝细胞/HCC细胞与免疫细胞相互作用的空间动力学。总结和讨论本研究利用空间单细胞蛋白组技术深入分析了NASH-HCC的肿瘤免疫微环境(TIME)，揭示了免疫抑制性细胞MDSCs和TAMs在NASH-HCC中促进T细胞耗竭和免疫逃逸的关键作用。这些发现阐明了NASH-HCC对免疫检查点阻断(ICB)疗法反应不佳的潜在机制，为开发新的免疫治疗策略提供了思路。通过靶向MDSCs和TAMs，本研究为克服NASH-HCC中的ICB抗性指明了方向，对改善患者治疗响应和预后具有重大的临床意义。空间多组学整合方案PhenoCycler-Fusion单细胞原位空间蛋白组学优势华盈生物PhenoCycler-Fusion单细胞原位空间蛋白组学技术资格证书华盈生物是美国AkoyaBioscience公司的PhenoCycler-Fusion空间单细胞蛋白组学技术认证服务商，已经被纳入了该技术的全球CRO服务提供者体系。借助全球领先的PhenoCycler-Fusion空间单细胞蛋白组学技术平台的建立，华盈生物将为中国客户提供更具精准医学特色的服务与合作，推动中国团队在空间生物学领域的研究水平，加快构建符合中国人群的精准医学模式。相关文献：LiM,WangL,CongL,WongCC,ZhangX,ChenH,ZengT,LiB,JiaX,HuoJ,HuangY,RenX,PengS,FuG,XuL,SungJJY,KuangM,LiX,YuJ.Spatialproteomicsofimmunemicroenvironmentinnonalcoholicsteatohepatitis-associatedhepatocellularcarcinoma.Hepatology.2024;79(3):560-574.相关阅读1）CancerDiscovery|非小细胞肺癌的空间蛋白组学研究再添新篇章2)CancerCell|樊嘉院士/张力烨团队解析转移性肝细胞癌的时空演变3）NatCommun｜直捣黄龙！空间单细胞组学发现外周血靶细胞亚群的组织落脚点4）NatGenet｜马丁院士团队利用单细胞和空间多组学描绘宫颈鳞癌免疫微环境图谱5）CancerCell|北大医院李航/张宁/薛瑞栋团队揭示肢端黑色素瘤空间细胞互作关系6)Cell：如何升华你的单细胞数据——PCF空间单细胞蛋白组联合scRNA-seq解析骨髓微环境7)Cell长文：