Cancer Cell 封面！全球首个食管癌单细胞、多阶段空间进化动态图谱！

癌症发生机制复杂，需精细解析其细胞进化过程。尽管基因组和单细胞转录组研究揭示了关键突变和细胞互作，但缺乏空间信息。Xenium In Situ和TF-seqFISH等高通量空间转录组技术，能在单细胞水平下实现RNA定位分析，为深入研究肿瘤演化提供关键工具。

食管鳞状细胞癌（ESCC）具备理想的空间结构，适合用于癌变过程的空间-时间研究。2025年3月，华中科技大学在Cancer Cell发表相关研究成果，研究结合Xenium In Situ与TF-seqFISH技术，整合scRNA-seq数据，绘制ESCC多阶段单细胞空间图谱，揭示CAF-上皮细胞免疫抑制性微环境的形成机制，为泛SCC的分期与预后提供新见解。

一.利用Xenium In Situ和TF-seqFISH平台，对来自43名患者的127个食管组织视野（FOV）进行空间转录组分析，覆盖ESCC发展的多个阶段（NOR、LGIN：低级别上皮内瘤变、HGIN：高级别上皮内瘤变和ESCC），并整合143个样本的scRNA-seq数据（共385,151个细胞）。结果揭示癌前期T细胞密度升高提示免疫激活，而ESCC阶段T细胞减少、髓系细胞增加，显示免疫抑制与髓系重编程共同驱动ESCC进展。

二．为了探讨食管鳞状细胞癌（ESCC）中的上皮细胞进化，本研究分析了多个病理阶段的空间转录组数据。结果显示，LGIN阶段增殖细胞显著增加，分化细胞减少；HGIN阶段增殖和侵袭性细胞占主导地位，并表现出EMT、血管生成和去分化特征；ESCC阶段侵袭性细胞比例显著上升，表现出更强的侵袭性。侵袭实验验证了HGIN和ESCC类器官的侵袭能力显著高于NOR类器官，揭示了恶性上皮细胞的去分化和侵袭性变化。

三．通过TF-seqFISH和多组学分析，进一步构建了上皮细胞侵袭性和去分化评分体系，发现该评分在HGIN和ESCC阶段显著升高。侵袭性细胞具有最高去分化评分，并向病灶区域扩展。由此推断，上皮细胞向去分化和侵袭性状态的转变是ESCC进展的重要标志。

四.作者进一步观察到CAF在HGIN阶段显著增加，并在ESCC中占据主导地位，且距离上皮细胞更远。空间互作及邻域分析显示，侵袭性上皮细胞可诱导NFs向CAF转化，形成CAF-Epi niche，表现出更高激活状态，提示该结构或为鳞癌进展的重要特征。

五.在机制上发现侵袭性上皮细胞通过JAG1-NOTCH1信号转导驱动 CAF-Epi 生态位形成。在上皮细胞中JAG1表达升高，结合邻近细胞表面的NOTCH1后激活其下游信号通路，促进NICD与转录因子CSL结合，诱导CXCL1和CXCL8表达，进而招募并激活正常成纤维细胞（NFs）向癌相关成纤维细胞（CAFs）转化。CAF反过来通过上调FAP、aSMA、MMP等增强上皮细胞增殖、去分化和侵袭性，形成促进肿瘤进展的恶性正反馈环路。Notch1敲除可显著减少CAF激活和ESCC病灶面积，提示抑制JAG1–NOTCH1通路可阻断CAF-Epi微环境的形成，延缓肿瘤发展。

六.为了阐明 CAF-Epi生态位形成和免疫微环境之间的关系，研究发现该生态位通过诱导SPP1⁺巨噬细胞分化、T细胞耗竭和调节性T细胞富集，逐步建立免疫抑制状态。CAF-Epi生态位还通过胶原重塑，在肿瘤边缘形成致密的ECM屏障，限制免疫细胞浸润，削弱其抗肿瘤功能。类似的免疫隔离机制亦在头颈鳞癌中被观察到，提示其在多种鳞癌中具有保守作用。

七．应用方面，作者系统评估了 CAF-Epi生态位形成在 ESCC 发育中的临床相关性。进一步，作者系统评估了 CAF-Epi 生态位形成在 ESCC 发育中的临床相关性，发现CAF评分及其与上皮侵袭评分联合构建的CAF-Epi生态位评分可显著预测ESCC进展。基于该生态位相关基因构建的CAF-Epi-Immune评分在多个鳞癌中均与较差预后显著相关，提示CAF-Epi生态位及其诱导的免疫重塑在鳞癌进展中具有重要预后价值。

本研究利用高分辨率空间转录组技术系统描绘了ESCC发展的多阶段空间演化图谱，揭示了JAG1-NOTCH1信号轴驱动的CAF-Epi生态位形成在肿瘤进展中的关键作用。研究明确了CAF-Epi生态位起始时间点、空间位置及其在上皮细胞去分化、CAF激活、免疫抑制细胞（如Tregs与SPP1⁺巨噬细胞）募集和ECM重塑中的功能，强调了CAF-Epi生态位在免疫逃逸中的“最后防线”作用。

该研究突破肿瘤线性演化理论的局限，首次揭示肿瘤相关成纤维细胞（CAF）与侵袭性上皮细胞在癌前病变阶段就可形成关键交互生态位（CAF-Epi niche）的肿瘤演化新机制。