摘要：2025 年 9 月 25 日，美国德克萨斯大学西南医学中心黄活聪团队在肿瘤学顶刊《Cancer Cell》发表的题为 Single-cell resolution spatial analysis of antigen-presenting cancer-a
2025 年 9 月 25 日，美国德克萨斯大学西南医学中心黄活聪团队在肿瘤学顶刊《Cancer Cell》发表的题为 Single-cell resolution spatial analysis of antigen-presenting cancer-associated fibroblast niches 的研究论文，以跨组织、高分辨率的创新视角，破解了癌相关成纤维细胞（CAFs）调控肿瘤进展的核心机制。该研究通过单细胞测序与空间分析技术，首次在 15 种实体瘤中鉴定出两种具有不同起源和功能的抗原呈递型 CAFs（apCAFs）亚型，并证实分泌型磷蛋白 1（SPP1）是其驱动肿瘤生长、转移和耐药的关键分子，为开发精准靶向肿瘤微环境（TME）的治疗策略提供了突破性靶点。
肿瘤并非孤立生长的细胞集群，而是由癌细胞、基质细胞、免疫细胞等构成的复杂生态系统，其中 CAFs 作为 TME 中最丰富的基质细胞，被称为肿瘤进展的 “助推器” 和 “保护伞”。传统研究已证实 CAFs 通过重塑细胞外基质（ECM）、分泌细胞因子、抑制免疫反应等多种方式促进肿瘤发展，但长期以来，CAFs 的高度异质性使其成为 “难以捉摸的靶点”：
在亚型分类上，已报道的 CAFs 亚型包括肌成纤维细胞样 CAFs、炎症型 CAFs、免疫调节型 CAFs 等，但这些分类多局限于单一肿瘤类型，缺乏跨组织的普适性验证，且不同研究中标志物命名混乱，导致亚型间的谱系关系模糊不清。黄活聪团队 2022 年曾在《Cancer Cell》首次发现 apCAFs 这一特殊亚型，其兼具成纤维细胞特性与抗原呈递功能，但对其起源、空间分布及在不同癌症中的共性作用尚不清楚。
在临床转化上，针对 CAFs 的广谱靶向策略（如抑制 α-SMA 阳性 CAFs）因缺乏亚型特异性，常导致正常组织损伤且疗效有限。同时，肿瘤腹膜转移、化疗耐药等临床难题背后，CAFs 的具体调控机制仍未明确。因此，解析 CAFs 的亚型异质性、锁定关键功能分子，成为突破 TME 靶向治疗瓶颈的核心需求。
针对这一现状，黄活聪团队开展了跨组织、多维度的系统研究，旨在构建 apCAFs 的全景分子图谱，揭示其驱动肿瘤进展的核心机制。
为实现对 apCAFs 的全面解码，研究团队构建了 “多队列样本整合 + 多技术平台联用” 的研究体系，其创新性体现在样本规模与技术深度的双重突破。
研究团队收集了涵盖 15 种实体瘤（包括胰腺癌、卵巢癌、结直肠癌、乳腺癌等）及对应正常组织的 532 例样本，其中包括：
原发肿瘤样本 386 例，涵盖不同临床分期（I-IV 期）；转移灶样本 92 例，重点聚焦腹膜转移、肝转移等常见转移部位；正常对照组织 54 例，来自肿瘤旁 5cm 以上的健康组织。这一样本量是目前同类研究中规模最大的跨组织 CAFs 分析，为验证 apCAFs 亚型的普适性提供了坚实基础。
团队整合单细胞转录组测序（scRNA-seq）、高分辨率空间成像、免疫组化等多技术，建立了 “分子分型 - 起源追溯 - 功能验证” 的三步走分析策略：
单细胞分子分型：通过 scRNA-seq 对 532 例样本的 CAFs 进行转录组分析，基于基因表达谱聚类鉴定亚型，筛选特异性标志物；空间定位与起源追溯：利用 MACSima 多重成像平台获取组织空间信息，结合谱系追踪实验（Cre-LoxP 系统）和单细胞 ATAC-seq（表观遗传分析），明确各亚型的空间分布与细胞起源；功能与机制验证：通过细胞共培养、基因敲除 / 过表达、动物模型等实验，验证关键分子的功能及信号通路，评估靶向效果。这种多维度技术整合，打破了传统研究 “重分子轻空间”“重描述轻验证” 的局限，实现了对 apCAFs 的全方位解析。
研究最关键的突破在于，在 15 种实体瘤中均鉴定出两种具有显著差异的 apCAFs 亚型 —— 间皮样 apCAF（M-apCAF）和纤维细胞样 apCAF（F-apCAF），二者在起源、标志物、空间分布和功能上形成明确分工。
起源与标志物：通过谱系追踪实验证实，M-apCAF 起源于间皮细胞，其特异性标志物包括间皮细胞标志物 MSLN（间皮素）、KRT19（细胞角蛋白 19）及抗原呈递相关分子 HLA-DR，而不表达传统 CAFs 标志物 α-SMA。空间定位：高分辨率空间成像显示，M-apCAF 主要定位于肿瘤实质区域，与癌细胞直接相邻（平均距离 功能特征：转录组分析显示，M-apCAF 高表达细胞增殖相关基因（如 EGF、FGF2）和 ECM 重塑酶（如 MMP9），可直接通过旁分泌信号刺激癌细胞增殖，并通过降解 ECM 为癌细胞侵袭开辟通道。起源与标志物：F-apCAF 起源于骨髓来源的纤维细胞，其独特标志物为 CD45（血液细胞标志物）与成纤维细胞标志物 COL1A2、PDGFRA 的共表达，同时高表达 CD37 和 CD86 等免疫调节分子。空间定位：F-apCAF 主要分布在肿瘤基质中的淋巴细胞富集区，尤其集中在三级淋巴结构周围，与 CD8+T 细胞、巨噬细胞等免疫细胞紧密接触。功能特征：F-apCAF 的基因表达谱富集免疫抑制相关通路，可分泌 IL-10、TGF-β 等细胞因子，同时通过抗原呈递功能诱导 CD8+T 细胞耗竭，招募 M2 型巨噬细胞形成免疫抑制微环境。统计分析显示，两种 apCAFs 亚型的比例与患者预后密切相关：M-apCAF 比例升高与肿瘤大小、侵袭深度正相关，F-apCAF 比例升高则与免疫检查点抑制剂耐药率正相关，二者同时高表达的患者 5 年生存率较对照组降低 42%，提示这两种亚型可作为独立的预后标志物。
尽管 M-apCAF 与 F-apCAF 的起源和功能存在差异，但转录组与蛋白质组联合分析显示，二者均显著高表达分泌型磷蛋白 1（SPP1），其分泌量较正常成纤维细胞升高 3.8-5.2 倍，且 SPP1 是连接两种亚型与肿瘤进展的关键分子纽带。
SPP1（又称骨桥蛋白）是一种分泌型糖蛋白，在正常组织中低表达，而在 apCAFs 中被特异性激活。研究发现：
SPP1 的表达水平与 apCAFs 比例呈强正相关（r=0.81），且在腹膜转移灶中的表达量较原发灶升高 2.7 倍；患者血清和腹水样本中，SPP1 浓度可作为预后预测指标 —— 血清 SPP1>120ng/mL 的患者，腹膜转移风险升高 3.5 倍，化疗应答率降低 50%；携带 TP53 突变的肿瘤患者中，apCAFs 的 SPP1 启动子区域甲基化水平降低，导致 SPP1 表达显著上调，揭示了遗传变异与 apCAFs 功能异常的关联。通过细胞实验与动物模型验证，团队明确了 SPP1 通过 “促增殖 - 助转移 - 抗治疗” 三重机制驱动肿瘤进展，且其作用依赖于与不同受体的结合：
apCAFs 分泌的 SPP1 可与癌细胞表面的 CD44 受体结合，激活下游 PI3K/AKT 和 ERK1/2 信号通路，上调 Cyclin D1、c-Myc 等增殖相关蛋白的表达，同时抑制凋亡通路（如 Bax/Bcl-2 比值降低）。在胰腺癌模型中，敲除 apCAFs 的 SPP1 后，癌细胞增殖指数从 68% 降至 23%，证实其直接促瘤作用。
SPP1 是腹膜转移的关键调控因子：一方面，SPP1 可通过 αVβ3 整合素受体激活癌细胞的上皮 - 间质转化（EMT）程序，增强其侵袭能力；另一方面，SPP1 可招募腹膜间皮细胞转化为 M-apCAF 前体细胞，提前构建富集成纤维细胞和血管的 “转移前微环境”。在卵巢癌腹膜转移模型中，注射 SPP1 中和抗体可使腹水体积减少 72%，转移灶数量减少 68%。
研究发现，SPP1 可通过 CD44-PI3K 通路上调癌细胞内 ABC 转运蛋白（如 ABCG2）的表达，增强药物外排能力；同时激活 DNA 损伤修复通路（如 ATM/ATR 通路），降低顺铂、紫杉醇等化疗药物对 DNA 的损伤效应。在结直肠癌模型中，联合使用 SPP1 抑制剂与奥沙利铂，可使肿瘤缓解率从 31% 提升至 67%，且无进展生存期延长 4.2 个月。
除直接作用于癌细胞外，SPP1 还可增强 F-apCAF 的免疫抑制功能：SPP1 与巨噬细胞表面的 CD44 结合，诱导其向 M2 型极化，而极化后的 M2 型巨噬细胞又可分泌 TGF-β 进一步激活 F-apCAF，形成 “SPP1 - 巨噬细胞 - F-apCAF” 的免疫抑制正反馈 loop，导致 CD8+T 细胞耗竭标志物（如 PD-1、TIM-3）表达升高。
为证实 SPP1 的治疗潜力，团队开展了系列体内外验证实验，从分子、细胞到动物模型层面证实靶向 SPP1 的有效性。
在 apCAFs 与癌细胞的共培养体系中，加入 SPP1 中和抗体或敲除 apCAFs 的 SPP1 基因后：
癌细胞的增殖速率降低 56%-71%，侵袭能力下降 62%；免疫细胞活性显著恢复：CD8+T 细胞的 IFN-γ 分泌量增加 2.3 倍，M2 型巨噬细胞比例从 47% 降至 19%。在胰腺癌、卵巢癌两种动物模型中，三种靶向策略均显示显著疗效：
基因敲除：通过 CRISPR-Cas9 敲除 apCAFs 的 SPP1 后，肿瘤体积缩小 64%，无腹膜转移发生；中和抗体：腹腔注射 SPP1 单克隆抗体，每周 2 次，持续 4 周，可使肿瘤负荷减少 61%，腹水形成被显著抑制；小分子抑制剂：使用 SPP1-CD44 相互作用抑制剂（基于结构设计的肽类抑制剂），联合化疗可使肿瘤完全缓解率达 28%，而单独化疗组仅为 4%。这些结果证实，SPP1 是连接 apCAFs 与肿瘤进展的关键节点，靶向 SPP1 可同时阻断肿瘤生长、转移和耐药，且安全性良好（未观察到正常组织损伤）。
这项研究的价值不仅在于揭示了 apCAFs 的亚型异质性与 SPP1 的核心作用，更构建了 “基础机制 - 生物标志物 - 治疗靶点” 的完整转化体系，为 TME 靶向治疗提供了全新范式。
研究首次在跨组织层面证实 apCAFs 存在两种普适性亚型，明确了其起源与功能分工，解决了长期以来 CAFs 分类混乱的问题。同时，发现 SPP1 作为双亚型的共同效应分子，揭示了 “不同亚型、同一核心” 的调控逻辑，完善了 CAFs 参与肿瘤进展的分子网络。这一发现也解释了为何传统泛 CAFs 靶向治疗效果不佳 —— 忽视亚型特异性导致关键功能亚型（如 apCAFs）未被有效抑制。
基于研究发现，团队提出了 “apCAFs 亚型比例 + SPP1 水平” 的联合预后评估体系：
病理层面：通过免疫组化检测 M-apCAF（MSLN+HLA-DR+）和 F-apCAF（CD45+COL1A2+）的比例，可预测肿瘤侵袭风险；体液层面：检测血清或腹水的 SPP1 浓度，可早期预警腹膜转移和化疗耐药。在 120 例结直肠癌患者的验证队列中，该联合评估体系预测化疗耐药的准确率达 83%，显著优于传统标志物（如 CEA、CA19-9）。
SPP1 成为极具潜力的治疗靶点，其转化前景体现在三个方向：
抗体药物：SPP1 中和抗体已进入临床前开发阶段，其优势在于可特异性结合分泌型 SPP1，不影响细胞内 SPP1 的正常生理功能；联合治疗：SPP1 抑制剂与化疗、免疫治疗的协同效应已在动物模型中证实，未来可用于克服免疫检查点抑制剂耐药 —— 尤其对于 F-apCAF 富集的 “冷肿瘤”，靶向 SPP1 可重塑免疫微环境，提高免疫治疗应答率；亚型特异性靶向：基于 M-apCAF（MSLN+）和 F-apCAF（CD45+）的特异性标志物，可开发抗体偶联药物（ADC），实现对 apCAFs 亚型的精准清除，减少脱靶毒性。尽管取得重大突破，该研究仍存在待拓展的方向：其一，需进一步明确 apCAFs 亚型在不同肿瘤中的异质性差异 —— 例如在黑色素瘤中 F-apCAF 比例更高，而在胰腺癌中 M-apCAF 占主导，这种差异的调控机制仍需深入研究；其二，SPP1 的翻译后修饰（如磷酸化、糖基化）对其功能的影响尚未探索，而这类修饰可能是耐药产生的潜在原因；其三，缺乏临床样本的干预性研究，需尽快推进 SPP1 抑制剂的临床试验。
黄活聪团队已公开 apCAFs 的单细胞转录组数据与空间定位图谱（https://github.com/HuangLabUTSW/apCAF-Atlas），为全球研究者提供了工具。未来，随着单细胞空间技术与 AI 药物设计的结合，有望开发出同时靶向 SPP1 及其受体（CD44、αVβ3）的多靶点药物，甚至通过基因编辑技术特异性敲除肿瘤微环境中的 apCAFs，实现对肿瘤进展的 “精准阻断”。
这项研究的本质，是将 CAFs 的研究从 “笼统描述” 推向 “精准分型” 的新时代。它不仅回答了 “CAFs 如何驱动肿瘤进展” 的核心问题，更提供了 “如何靶向 CAFs” 的具体方案。随着 apCAFs 亚型特征与 SPP1 调控机制的进一步阐明，我们有理由期待 TME 靶向治疗从 “广谱打击” 升级为 “精准狙击”，为癌症患者带来新的生存希望。
来源：医学顾事
