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2022年最新腫瘤相關成纖維細胞(CAFs)生信思路多角度總結
腫瘤微環境基質細胞中，腫瘤相關成纖維細胞(cancer-associated fibroblasts，CAF)是最豐富的，并在癌癥進展中起重要作用。目前基于特定細胞表面標記物對CAF的研究不僅加深了人們對其表型異質性和功能多樣性的認識，而且也將靶向CAF治療癌癥提上了議程，使CAF成為腫瘤研究的又一熱點。如今，2022剛剛開始兩個月，就已經有多篇CAF相關文章出現，其中包括多篇高分文章。針對CAF這一熱點，從bulk RNA-seq到scRNA-seq，從多基因到單基因，從IF 5+到IF 10+，小編對最新的CAF生信思路給大家多角度、全方位進行了總結。
思路一：基于CAF的marker基因對樣本分型+CAF浸潤結合免疫關聯+與正常組織成纖維細胞比較識別生物標記物+分析標記物與臨床結局關聯
例子：Landscape of cancer-associated fibroblasts identifies the secreted biglycan as a protumor and immunosuppressive factor in triple-negative breast cancer（Oncoimmunology IF:8.110）
文章整合多套數據集使用CAF的經典marker基因對三陰性乳腺癌（TNBC）隊列進行了聚類，并與免疫及預后結合分析研究了不同CAF浸潤組的生物學特征。文章多角度對CAF在TNBC中的作用以及其功能進行了探索，并結合實驗對CAF在腫瘤進展和腫瘤微環境（TME）中的重要作用進行了分析。
基于CAF的marker基因對樣本分型：文章基于CAF的marker基因在三個TNBC隊列中識別出高、中、低三個具有不同CAF浸潤的亞群（圖1）。
CAF浸潤結合免疫關聯：作者探索了CAF浸潤與免疫的關系，通過分析不同CAF浸潤組的差異表達及癌癥相關hallmark信號通路的GSVA富集結果分析觀察不同CAF浸潤組與免疫基因（圖2）及信號通路的關聯。基于上述結果，作者也評估了CAF評分和CIBERSORTx免疫細胞之間的相關性（圖3）。
與正常組織成纖維細胞比較識別生物標記物：作者識別了正常癌旁成纖維細胞（NAF）和癌相關成纖維細胞（CAF）的差異表達基因(DEGs)，結果發現與NAFs相比，基因BGN在CAF中表達上調（圖4），已有研究表明BGN在治療抵抗和免疫活性中發揮作用。為了進一步確認其在TNBC中的表達特征，作者也分析TNBC scRNA-seq數據集中BGN的表達水平(圖5)。作者發現在這些隊列中，BGN表達水平分別與MCP-counter和xCell估計的成纖維細胞和內皮細胞評分顯著相關(圖6)。
分析標記物與臨床結局關聯：BGN基因編碼biglycan，這是一種可通過細胞間接觸發揮其功能的細胞外可溶性蛋白。因此作者探討了其在腫瘤發展中的作用及其在臨床實踐中的預后價值。作者對BGN相關基因進行了功能富集，同時也分析了BNG與免疫特征的相關性（圖7）。作者也結合臨床數據對BGN進行了生存分析（圖8）。
思路二：樣本scRNA-seq識別細胞類型+細胞類群注釋結果刻畫+CAF亞群的功能刻畫+CAF亞群與腫瘤進展及生存的關聯+CAF亞群與TME中其他組分的通信
例子：Single-cell RNA sequencing reveals a pro-invasive cancer-associated fibroblast subgroup associated with poor clinical outcomes in patients with gastric cancer（Theranostics IF：11.556）
本研究通過對8對胃癌（GC）和鄰近粘膜(AM)樣本進行單細胞RNA測序，分析CAF亞群的特征和受CAF亞群調控的腫瘤微環境(TME)組分之間的動態通信。并對CAF在不同GC亞型中的空間分布，以及這些CAF亞群與原癌免疫細胞亞群的鄰域關系進行評估。
樣本scRNA-seq識別細胞類型：對GC和AM細胞進行降維和無監督聚類，根據細胞的表達模式來識別細胞群。如圖9所示，共鑒定出23個細胞群，并注釋為7種主要的細胞類型。
細胞類群注釋結果刻畫：文章對細胞類型劃分及注釋結果進行了刻畫，概括了腫瘤來源上皮細胞的患者間異質性（圖10）及其內皮-間質轉化特征（圖11）。
CAF亞群的功能刻畫+CAF亞群與腫瘤進展及生存的關聯：文章在GC和AM樣本中確定了四個主要的成纖維細胞亞群(圖12)，并對所有四個成纖維細胞亞群中的差異表達基因(DEGs)進行了分析，以了解這四個成纖維細胞亞群的不同作用。作者發現了一個以前未報道過的CAF亞群，同時腫瘤來源的新CAF亞群高表達與腫瘤侵襲相關的基因，表明其是腫瘤轉移TME的重要組成部分。作者也分析了TCGA GC樣本的整體轉錄組中基因表達譜與預后之間的相關性，以評估高水平新CAF亞群的存在是否與胃癌較差的預后有關。同時作者也對一系列病理切片中的CAF marker基因進行了免疫組化染色，并將感興趣的marker結合圖像配準分析來研究四個CAF亞群在GC中的分布。
CAF亞群與TME中其他組分的通信：由于T細胞是TME中高度富集的免疫細胞，因此文章研究了GC TME中的T細胞亞群(圖13)。接著又對CAF與不同TME組分之間的動態通信進行了分析（圖14）。
思路三：正常組織成纖維細胞（NF）及CAFs差異分析+差異lncRNA表達與CAF表型marker+差異lncRNA與CAF重編程分析+差異lncRNA與CAF表達分析
例子：Cancer-associated fibroblasts promote tumor progression by lncRNA-mediated RUNX2/GDF10 signaling in oral squamous cell carcinoma（Molecular Oncology IF: 6.603）
大量證據表明長鏈非編碼RNA (lncRNA)在各種癌癥中異常調控基因表達。然而，lncRNA在CAF與癌細胞相互作用中的作用機制尚不清楚，因此文章針對這一問題對lncRNA與CAF進行了研究。文章首先發現了一個未被識別的lncRNA--LOC100506114，它在CAF中顯著上調，并參與正常成纖維細胞(NF)和CAF的功能轉化。
正常組織成纖維細胞（NF）及CAFs差異分析：文章通過RNA-seq對NF和CAF進行了全基因組轉錄組譜分析，過濾NF和CAF之間的差異表達基因（圖15），在NF和CAF之間發生變化的lncRNA中，LOC100506114的fold change最高，因此后續重點關注該lncRNA。
CAF表型marker與差異lncRNA表達：為了進一步證明LOC100506114在CAF功能轉化中的作用，作者敲掉了lncRNA LOC100506114在CAF中的表達，并在NF中過表達了LOC100506114，分析CAF表型marker與差異lncRNA表達的關系。
差異lncRNA與CAF重編程分析：文章研究了LOC100506114在成纖維細胞中的表達與CAF重編程的關系，結果發現其能夠促進癌癥的生長和轉移（圖17，圖18）。
差異lncRNA與CAF共表達分析：文章為了進一步研究LOC100506114如何調控CAF的功能，對RNA-seq數據進行了基因共表達分析。篩選了一些與LOC00506114顯著共表達的基因，qPCR結果顯示其在CAF中的表達量顯著高于NF（圖19）。研究也發現LOC100506114通過綁定RUNX2上調GDF10的表達（圖20），且CAF通過LOC100506114介導的GDF10分泌促進腫瘤細胞增殖和遷移（圖21）。
參考文獻：
1. Landscape of cancer-associated fibroblasts identifies the secreted biglycan as a protumor and immunosuppressive factor in triple-negative breast cancer；
2. Single-cell RNA sequencing reveals a pro-invasive cancer-associated fibroblast subgroup associated with poor clinical outcomes in patients with gastric cancer；
3. Cancer-associated fibroblasts promote tumor progression by lncRNA-mediated RUNX2/GDF10 signaling in oral squamous cell carcinoma；
