Hepatology丨IMC揭示肝细胞癌早期复发的免疫逃逸空间生物学特征

原发性肝细胞癌（HCC）术后复发率很高，5年内复发率约为70%。复发HCC的预后较差，早期复发患者5年生存率仅为23%。迄今为止，关于 HCC 术后复发机制的研究主要集中在基因组学和转录组学层面，缺乏对蛋白质水平的全面研究。近期，中山大学附属第五医院李丹研究员、单鸿教授和李曼研究员利用成像质谱流式 (IMC) 技术，全面描绘了原发和复发HCC的单细胞空间蛋白质组图谱，揭示了原发性和复发 HCC 之间空间蛋白组学景观的差异，并探索了复发机制。研究成果“Spatial proteomic landscape of primary and relapsed hepatocellular carcinoma reveals immune escape characteristics in early relapse ”发表在肝脏疾病领域专业期刊Hepatology上。

研究方法

IMC 技术描述46名患者的92个 HCC 样本（包括原发性PT和复发肿瘤RT）的细胞组成、细胞间相互作用、细胞邻近度和胶原/微血管形态；

使用机器学习算法，根据 IMC 数据预测早期复发 HCC 患者特征：一种新型树突状细胞亚群（PDL1+CD103+DCs）；

联合 scRNA-seq 数据集分析 PDL1+CD103+DCs 的分子特征和功能；

mIHC 验证 PDL1+CD103+DCs 与早期复发的关系。

研究结果

1、IMC 全面描绘了原发和复发 HCC 的单细胞空间蛋白质组图谱为了了解原发性和复发性 HCC TME 的时空变化的分子认识，研究人员收集了46例 PT 和配对 RT 的 HCC 患者的92例手术肿瘤标本。通过33个 panel（涵盖了肿瘤细胞、免疫细胞、基质细胞等多种细胞类型，以及胶原蛋白和微血管形态等指标）全面描绘了原发和复发 HCC 的单细胞空间蛋白质组图谱。免疫细胞群的分布在 PT 和 RT 的各区域中均表现出差异性。随着距离肿瘤核心的距离减小，CD4+T 细胞成比例增加，而 CD8+T 细胞数量呈下降趋势；肿瘤相关巨噬细胞（TAMs）在 PT 和 RT 的三个区域均占主导地位，与 TM（肿瘤边缘）和 AN（相邻正常）相比，IT（肿瘤内）显著增加。同时，抗原提呈细胞（APCs）和树突状细胞（DCs）主要集中在 TM 中。

2、原发性和复发性 HCC 的细胞空间相互作用网络

在 PT 和 RT 的 TM 中，癌细胞和正常肝细胞显示出与免疫细胞相互作用的频率增加，在 RT 的 TM 中也观察到癌细胞与 EMT 之间的相互作用频率更高；复发 HCC 表现出更严重的免疫抑制特征，TME 中免疫抑制细胞（如 Tregs 和 Texs）数量增多。

3、识别与早期复发风险相关的空间特征

TM 区域的 TME 与早期复发密切相关，PDL1+CD103+DCs 在 TM 中富集，并与 Tregs 和 Texs 互作，促进免疫逃逸。PDL1+CD103+DCs 通过多种配体-受体途径与免疫细胞和肿瘤细胞相互作用，增强免疫抑制和免疫逃逸。

4、TM 中富集的 PDL1+CD103+ DCs与早期复发相关

为了阐明 PDL1+CD103+DCs 对 TME 的影响，研究人员比较了两类 TM 的 TME 内的细胞空间相互作用。随着 PDL1+CD103+DCs 比例的增加，癌细胞更有可能与 EMT 相互作用并逃离免疫群体。此外，TME 中 PDL1+CD103+DCs 比例较高与免疫抑制相关，这是由于免疫细胞和癌细胞之间的回避行为增加。此外，还观察到 DCs 与其他免疫群体（尤其是 Tregs、Texs 和 M2macs）之间的相互作用随着 PDL1+CD103+DCs 比例的升高而增强，这表明 PDL1+CD103+DCs 可能积极参与调节免疫网络。但在 AN 和 IT 中未观察到 TME 上的 PDL1+CD103+DCs。

5、以 PDL1+CD103+DC 为核心的免疫抑制相关多细胞微环境

鉴于 PDL1+CD103+DCs 与 TM 中的免疫抑制细胞（Tregs 和 Texs）之间存在很强的关联，接下来深入研究 PDL1+CD103+DCs 在 HCC TME 中的调节作用。研究人员收集了一个公开的 scRNA-seq 数据集。通过差异基因分析，确定了 PDL1+CD103+DCs 与其他 DC 亚型相比的保守基因标记。同时，基因集富集分析（GSEA）表明这些基因集中在与免疫反应、细胞粘附和细胞迁移相关的途径中，所有这些都与 HCC 的进展和转移密切相关；PDL1+CD103+DCs 与恶性细胞之间独特的配体-受体相互作用主要涉及与肿瘤进展相关的配对 。

总结

研究人员通过 IMC 技术分析了原发性和复发性 HCC 的空间蛋白组学特征，发现复发 HCC 肿瘤微环境呈现出一种侵略性、免疫抑制相关的空间生态系统，而肿瘤边缘的微环境与早期复发HCC风险增加密切相关。此外，还发现了一种新型的树突状细胞亚群（PDL1+CD103+DCs），该亚群在肿瘤边缘区域富集，并与早期复发 HCC 相关。该亚群与调节性 T 细胞和耗竭性 T 细胞相互作用，通过多种配体-受体途径增强免疫抑制和免疫逃逸。该研究结果为理解 HCC 复发机制和开发新型免疫治疗策略提供了重要的理论基础。

[参考文献]Yang M, Song X, Zhang F, et al. Spatial proteomic landscape of primary and relapsed hepatocellular carcinoma reveals immune escape characteristics in early relapse. Hepatology. 2024 Jun 20.