Nature︱癌变前夕，突变细胞如何“拉拢”邻居搭建促癌生态位

撰文丨咸姐

致癌突变可以破坏干细胞的稳态，驱动突变细胞不受控制的扩增并启动恶性转化。近年来研究表明，肿瘤的发展远超遗传改变本身，它涉及突变细胞与周围非癌性邻居之间的复杂互作，这些细胞通过时空动态的微环境重塑，共同塑造了不断演进的肿瘤生态系统。尽管已有研究揭示了肿瘤与其微环境之间的相互作用，但突变细胞在恶性转化之初如何协调并建立一个促肿瘤的 “ 癌前微环境 ” ，仍然是癌症生物学中的核心空白【1,2】。特别是在肺腺癌（LUAD）中，由于大多数病例诊断时已处于晚期、对治疗耐药且预后极差，早期干预的窗口期极为关键。肺泡 II 型（ AT2 ）细胞作为肺远端区域的主要干细胞，在维持肺泡稳态和损伤后修复中发挥核心作用，同时也是 LUAD 的重要起源细胞【3】。然而，在致癌信号如 Kras G12D 突变激活后，这些 AT2 细胞如何从一个稳态的干细胞转变为肿瘤起始细胞，并在此过程中招募和重编程周围的成纤维细胞与免疫细胞，形成支持肿瘤生长的 “ 土壤 ” ，其分子机制尚不清楚。 可以想见，阐明突变细胞通过哪些初始信号重编程其微环境生态位，将有望在治疗耐药出现之前，识别出有效的干预策略，为肺腺癌的早期防治开辟新路径。

基于以上， 近日，来自 英国剑桥大学的Joo-Hyeon Lee团队在Nature杂志上在线发表题为Early fibrotic niches establish tumour-permissive microenvironments的文章， 通过整合单细胞转录组学、空间分析和功能实验，首次系统描绘了在LUAD起始阶段，KrasG12D突变AT2细胞如何迅速进入一种类再生状态，并作为信号枢纽，通过分泌双调蛋白（ amphiregulin, Areg ）激活邻近成纤维细胞的EGFR信号，诱导其转变为纤维化表型，进而重编程肺泡巨噬细胞，最终形成一个自维持的上皮-间质-免疫互作回路，建立早期促肿瘤微环境。该研究不仅揭示了肿瘤起始阶段微环境重塑的时空动态和分子逻辑，还证明了这一过程依赖于Areg-EGFR信号轴的可逆性，为开发针对肿瘤起始阶段、阻止微环境形成的预防性治疗策略提供了理论依据和潜在靶点。

为了定义 LUAD 起始阶段早期的微环境变化，本文研究人员利用可随机标记并追踪突变 AT2 细胞的 Kras G12D 多色报告小鼠模型（ Red2Kras ）及对照小鼠，在突变细胞诱导两周后（即肿瘤形成前的萌芽阶段），对间质和免疫区室进行了单细胞转录组学分析。结果显示，除了在稳态肺组织中存在的经典成纤维细胞群外， Red2Kras 肺中特异性地出现了一个独特的成纤维细胞亚群，其高表达 Fst 、 Tnc 、 Runx1 和 Runx2 等基因，被定义为 “ 重编程成纤维细胞 ” （ reprogrammed fibroblasts ）。分析发现，肺泡成纤维细胞向这一重编程状态存在分化轨迹，且这些细胞上调了包括 Acta2 、 Pdgfrβ 在内的纤维化和损伤相关基因，其功能涉及 ECM 重塑、伤口修复和组织发育。免疫荧光证实，在肿瘤内紧贴 RFP 阳性突变细胞周围，存在 Pdgfrβ⁺Acta2⁺Runx1⁺ 且 Pdgfra 表达降低的成纤维细胞，而这类细胞在稳态肺中几乎不存在。 与肺泡损伤数据集整合分析也显示，肿瘤与损伤中存在共享的成纤维细胞群及相似的转化轨迹。这些结果表明，在癌前阶段，肺泡成纤维细胞已通过类再生的纤维化重编程，建立了促肿瘤的间质生态位。

随后，研究人员对 CD45⁺ 免疫细胞进行单细胞转录组分析，系统描绘了肿瘤起始阶段的免疫动态。结果显示，在 Red2Kras 肺中存在一个转录组水平显著偏离稳态肺泡巨噬细胞（ AMs ）的独特 AM 群体，称为 “ 重编程 AMs” 。 这些细胞保留经典 AM 标志但高表达 Msr1 等基因，呈现促炎与抗炎因子共表达的混合炎症表型，且 MHC-II 表达显著降低，而趋化因子 Cxcl2 、 Cxcl6 上调。流式与免疫荧光证实， MHC-II 低表达、 PD-L1 和 Msr1 高表达的巨噬细胞特异性聚集于肿瘤间区域，且主要起源于常驻 AMs 而非单核细胞募集。同时， Red2Kras 肺中还扩增了调节性 T 细胞和 PD-1⁺ T 细胞等免疫抑制性 T 细胞亚群，且耗竭性 CD8⁺ T 细胞、 SiglecFhigh 成熟中性粒细胞及 γδ T 细胞亦显著扩增，其中中性粒细胞和 γδ T 细胞定位于肿瘤内部，而重编程 AMs 富集于肿瘤间区域。通过气道滴注氯膦酸盐脂质体清除 AMs 可显著抑制肿瘤生长并削弱中性粒细胞和 γδ T 细胞的募集，与重编程 AMs 上调的趋化因子及其受体表达模式一致。 这些结果表明，在癌前阶段，常驻 AMs 通过扩增和重编程，协调炎症与免疫抑制回路，建立了促肿瘤的免疫微环境。

进一步地，研究人员通过时空调控分析揭示了肿瘤生态位形成的序贯过程。实验结果显示，在突变诱导后 1 周， Pdgfrβ⁺Runx1⁺ 纤维化成纤维细胞已直接接触新生肿瘤，至 2 周时几乎所有肿瘤均被其包围并持续存在，而巨噬细胞重塑（ Msr1⁺ ）从 2 周后才逐渐显著，表明成纤维细胞重编程先于 AMs 的扩增与表型变化。 在后期阶段， Pdgfrβ⁺ 成纤维细胞在肿瘤内部及边界分布，并与肿瘤间区扩增的 AMs 紧密相邻。共培养实验证实 Red2Kras 肺的间质细胞可直接促进 AM 扩增并降低其 MHC-II 表达，证实成纤维细胞对 AM 表型的直接调控作用。 机制上，重编程成纤维细胞中显著富集的 Tenascin-C （ Tnc ），其受体 TLR4 在 Ams 上高表达；体外 Tnc 处理或与 Red2Kras 间质共培养均可通过 TLR4 诱导 AM 重编程。此外，单细胞分析还揭示了一群富集 Lcn2 、 Saa3 等炎症标志物的 Red2Kras 重编程成纤维细胞亚群， Lcn2⁺Pdgfra⁺ 炎症成纤维细胞从诱导 4 周后出现并定位于肿瘤周边与扩增 AMs 共存的区域，而肿瘤内部缺乏此类细胞。 将 Red2Kras 肺中的 AMs 与野生型 Pdgfra⁺ 成纤维细胞共培养或用 IL-1β 处理均可强烈诱导 Lcn2 表达，表明扩增的 AMs 通过炎症信号促进炎症成纤维细胞的形成。 综上，这些发现描绘了肿瘤生态位形成的序贯重塑过程：肿瘤起始时首先由早期纤维化成纤维细胞重编程启动，通过 Tnc-TLR4 轴驱动 AM 扩增和表型重塑，随后扩增的 AMs 放大局部炎症信号，诱导炎症成纤维细胞及免疫细胞募集，从而形成早期多细胞生态位互作回路（图1）。

图 1 间充质免疫生态位重塑示意图

那么，致癌 AT2 细胞如何启动 并维持 动态肿瘤生态位形成的呢？ Kras G12D 激活可诱导 AT2 细胞重编程为一种损伤相关的短暂祖细胞（ DATP ）样再生状态，单细胞整合与 CellChat 分析显示， DATP 样细胞高表达 Areg ，通过 EGF-EGFR 轴与肺泡成纤维细胞相互作用。免疫荧光证实 Areg 在 DATP 样细胞中从诱导后第 4 天持续高表达。与此同时，研究人员发现， Areg 处理可诱导成纤维细胞向纤维化表型转化，而对 AMs 和突变细胞无直接效应，表明成纤维细胞对 Areg 具有选择性应答。进一步建立谱系标记的 Pdgfra⁺ 成纤维细胞与野生型或突变 AT2 细胞的类器官共培养体系，发现突变细胞通过 EGFR 信号诱导成纤维细胞获得 Pdgfrβ⁺ 纤维化表型并包裹类器官；三重共培养显示，突变细胞依赖成纤维细胞介导 AMs 的 Msr1 诱导和 MHC-II 降低，而 AM 扩增可由突变细胞直接触发。 EGFR 抑制剂吉非替尼处理可阻断上述效应，并减少 Sox9⁺ DATP 样细胞、增加 Lpcat1⁺ AT2 细胞。用 Kras G12D 特异性抑制剂 MRTX1133 处理 Red2Kras 小鼠后， Sox9⁺ DATP 样和 CD177⁺ 重编程群体显著减少， AT2/AT1 比值恢复稳态，同时纤维化成纤维细胞消失， AM 扩增和重编程也被逆转。这些结果表明，新生 Kras 突变 AT2 细胞中的 DATP 样状态作为中枢信号枢纽，通过 Areg 驱动的成纤维细胞 EGFR 激活，协调纤维化和免疫生态位的重塑；破坏这一信号回路可逆转早期生态位重编程，揭示了一个拦截肿瘤许可性生态位形成的治疗窗口。

最后 ，小鼠体内功能实验发现，特异性清除 Pdgfra⁺ 成纤维细胞或使用吉非替尼，均可抑制肿瘤生长、减少纤维化成纤维细胞和重编程突变细胞、阻断巨噬细胞扩增。 进一步 在 AT2 细胞中特异性缺失 Areg ，同样导致肿瘤形成显著减少，重编程成纤维细胞和 Msr1⁺ 巨噬细胞减少，同时 DATP 样和 CD177⁺ 突变细胞群体降低， Sftpc⁺ AT2 细胞增加。这些发现阐明了一个层级信号级联：致癌性 AT2 重编程产生分泌 Areg 的 DATP 样细胞，激活邻近成纤维细胞的 EGFR 信号，启动纤维化生态位组装；重塑后的成纤维细胞反过来反馈维持突变上皮可塑性并驱动免疫重塑。破坏这一回路可阻断基质和免疫重编程，确立 Areg-EGFR 信号作为早期肿瘤许可性生态位形成和可塑性的核心调控枢纽（图2）。 值得注意的是，这一机制在人类 LUAD 中高度保守，早期 LUAD 患者标本中存在 AREG 高表达的 DATP 样细胞及紧邻的纤维化成纤维细胞，诱导性 KRAS G12D 或 EGFR L858R 突变的人 AT2 类器官同样通过 Areg-EGFR 轴重编程人肺间质细胞，提示靶向该回路在人类中具有潜在治疗价值。

图 2 建立癌前生态位的顺序事件示意图

综上所述，本研究绘制了早期肺肿瘤发生过程中突变上皮细胞与其微环境之间动态相互作用的图谱。致癌性AT2重编程激活了Areg驱动的EGFR轴，从而启动序贯性的纤维化和免疫生态位组装。这些癌前回路具有可逆性，这无疑定义了一个在进展为治疗耐药性疾病之前的治疗窗口。同时，本研究构建的可诱导人 LUAD 平台为探究患者特异性肿瘤 - 生态位相互作用以及靶向肿瘤生态系统形成中保守的 EGFR 依赖性机制提供了框架。

原文链接：https://doi.org/10.1038/s41586-026-10399-6

制版人： 十一

参考文献

1. Soteriou, D. & Fuchs, Y. A matter of life and death: stem cell survival in tissue regeneration and tumour formation.Nat. Rev. Cancer18, 187–201 (2018).

2. De Zuani, M. et al. Single-cell and spatial transcriptomics analysis of non-small cell lung cancer.Nat. Commun.15, 4388 (2024).

3. Barkauskas, C. E. et al. Type 2 alveolar cells are stem cells in adult lung.J. Clin. Invest.123, 3025–3036 (2013).

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