2023年12月，香港中文大学康伟团队在《 C linical and Translational Medicine 》（IF=10.6）杂志上发表研究性文章“The molecular classification of cancer-associated fibroblasts on a pan-cancer single-cell transcriptional atlas”。DOI： https://doi.org/10.1002/ctm2.1516 该研究利用单细胞转录组数据构建了一个跨癌种的CAF谱系图谱，对12种不同类型的肿瘤中在细胞特征和相互作用方面进行了详细的分析。通过单细胞数据分析研究 ， 识别了特定生物标志物，并将成纤维细胞分成了多种细胞亚群，并通过多色免疫荧光实验进行了验证。研究发现4种CAF亚型并跟踪在癌症进展中每种亚型的进化轨迹；强调了iCAF亚型对冷肿瘤相关性较弱，matCAF 亚型与肿瘤预后较差相关。
肿瘤相关成纤维细胞（CAFs）是肿瘤微环境不可或缺的组成部分，CAFs作为细胞外基质（ECM）以及生长因子、细胞因子、趋化因子和其他刺激分子的主要来源，CAFs 在影响癌症演变、血管生成、转移、免疫调节、代谢重编程和治疗耐受性方面发挥着关键作用。当前针对它们固有的多种表型和功能使得 CAFs 可以细分为不同的亚群，因此对于CAFs的亚型分类是有必要的，而本工作就是围绕CAFs的数据挖掘和分类进化展开。
本工作从210名患者中近50万个细胞的单细胞数据创建了泛癌症的CAF图谱；涵盖癌种有12种：乳腺癌（BRCA）、胆管癌（CHOL）、肝细胞癌（LIHC）、神经内分泌前列腺癌(NEPC)、胰腺导管腺癌(PAAD)等；通过单细胞调控网络推断和聚类以及单细胞基因组富集分析手段，分析发现四个CAF的细胞亚群：祖细胞CAF(proCAF)、炎性CAF（iCAF）、 肌成纤维细胞CAF（myCAF）和母细胞CAF（matCAF）。 在这12种癌种中，使用生存曲线分析评估了matCAF亚型与肿瘤治疗预后较差相关；使用多重免疫荧光染色和分子对接技术等方法探究了matCAF抗肿瘤靶点：PCC1（小分子原花青素C1），表现出其有良好的抗肿瘤活性。 通过泛癌症单细胞 RNA 测序（scRNA-seq）分析对成纤维细胞进行综合分类 在STAD、LUAD、COAD和BRCA四种癌种中，使用DCN、IGFBP6和MFAP5等既定标记物对正常成纤维细胞（Normal Fibroblasts，NFs）进行聚类分析，而癌症相关成纤维细胞（CAFs）的聚类是通过ACTA2、RGS5、TAGLN和CTHRC1等生物标记物进行的；同时该团队为此项研究开发了一个专门的网站，网址是 http://www.cafatlas.com/，旨加强未来对CAFs的研究交流和数据共享。 四种癌症相关成纤维细胞（CAF）亚型的特征和生物标志物表达 通过对CAFs和NFs无监督聚类分析和数据的标志物表达丰度分析，确定了四种CAFs的亚型：分别是proCAF、iCAF、myCAF 和 matCAF。根据多重免疫荧光染色的结果，得到了CAF亚型在不同癌症中的分布情况。研究发现，proCAF、iCAF 两者间和matCAF、 myCAF 两者间存在基因表达相似性；并且mIF染色结果显示同一组织样本中的CAF亚型具有不同的空间分布模式。 研究采用SCENIC方法在泛癌症单细胞基因表达数据集中识别关键TF；这种方法有助于识别LUAD、STAD、COAD和BRCA中每种CAF亚型中20个最显著的活性TF ，通过分析研究揭示了一个显著的模式:相同CAF类别中最活跃的TF 往往表现出功能相似性。表明这些亚型之间功能角色的差异可能与TF表达的差异有关；另外有趣的是，在BRCA和LUAD等其他癌症类型中也发现了类似的模式，其中不同CAF亚型的活性TF调控网络同样表现出显著的功能差异。 实体肿瘤中癌症相关成纤维细胞(CAF)亚型的典型进化轨迹描述 文章对CAF成熟动力学进行了探索，由单细胞伪时间分析得到CAF亚型间的发育关联；小提琴图的结果显示LUAD、STAD、BRCA和COAD中不同肿瘤阶段的四种CAF亚型的细胞计数(图I)。另外观察显示proCAF和iCAF在早期癌症中占主导地位，而myCAF和matCAF在晚期癌症中更为普遍。这表明在肿瘤进展过程中CAF亚型进化的动态模式，表明TME中可塑性和适应性的复杂相互作用。另外气泡热图突出显示了STAD中亚型特异性生物标志物的表达水平，揭示了每种生物标志物在其相应的CAF亚型中的比例和平均表达水平的增加(图G)。此外，STAD和COAD的mIF图像强调了生物标志物的变化。 癌症相关成纤维细胞(CAF)亚型与其他细胞类型在单细胞水平上的详细相互作用 每个CAF亚型与COAD中其他细胞类型之间的基本相互作用途径被确定，(B)对LUAD中每个CAF亚型进行了类似的分析，得出的结果与COAD中所识别的结果一致。(C) iCAF生物标志物(CCL2、CXCL12、CXCL14)在高温肿瘤和低温肿瘤中的表达水平比较显示，所有iCAF标志物在高温肿瘤中的表达水平均升高。(D)热肿瘤中iCAF相互作用机制示意图，其中CXCL12-CXCR4配体受体对参与了与B细胞、髓细胞和T细胞的相互作用。同时，CXCL2-ACKR1和CCL2-ACKR1配体受体对也参与了与内皮细胞的相互作用。(E)这说明示意图表示主中的iCAFs之间的相互作用和免疫细胞,内皮细胞,肿瘤微环境内展示沟通的复杂性。 抑制基质生成癌相关成纤维细胞(matCAF)可抑制肿瘤生长和转移 小鼠体内药物注射模型结果显示，将matCAF分为shCtrl组和shCOL10A1组。皮下肿瘤图像显示，shCOL10A1组的肿瘤生长明显受到抑制。肿瘤重量明显小于shCtrl组； 原花青素C1 (PCC1)注射组的肿瘤重量显著低于对照组。根据多重免疫荧光(mIF)结果来看。PCC1处理组的matCAF细胞密度显著低于对照组。
该研究准确描述 CAF 的异质性和亚群、确定不同的标记物以及了解每个群体的独特作用，在单细胞分析中，我们发现 matCAF 在各种实体瘤中都很突出。matCAF 的主要作用是分泌大量胶原蛋白，使其成为 ECM 的关键组织者。这也为后续研究CAFs的研究者提供必要数据。同时对于得到的四种亚型，已经获取到其在各种实体瘤中显示出独特的进化途径、功能作用和临床相关性，为后续的研究打下基础。
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