2022年最新肿瘤相关成纤维细胞(CAFs)生信思路多角度总结

肿瘤微环境基质细胞中，肿瘤相关成纤维细胞(cancer-associated fibroblasts，CAF)是最丰富的，并在癌症进展中起重要作用。目前基于特定细胞表面标记物对CAF的研究不仅加深了人们对其表型异质性和功能多样性的认识，而且也将靶向CAF治疗癌症提上了议程，使CAF成为肿瘤研究的又一热点。如今，2022刚刚开始两个月，就已经有多篇CAF相关文章出现，其中包括多篇高分文章。针对CAF这一热点，从bulk RNA-seq到scRNA-seq，从多基因到单基因，从IF 5+到IF 10+，小编对最新的CAF生信思路给大家多角度、全方位进行了总结。

思路一：基于CAF的marker基因对样本分型+CAF浸润结合免疫关联+与正常组织成纤维细胞比较识别生物标记物+分析标记物与临床结局关联

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）

文章整合多套数据集使用CAF的经典marker基因对三阴性乳腺癌（TNBC）队列进行了聚类，并与免疫及预后结合分析研究了不同CAF浸润组的生物学特征。文章多角度对CAF在TNBC中的作用以及其功能进行了探索，并结合实验对CAF在肿瘤进展和肿瘤微环境（TME）中的重要作用进行了分析。

基于CAF的marker基因对样本分型：文章基于CAF的marker基因在三个TNBC队列中识别出高、中、低三个具有不同CAF浸润的亚群（）。

CAF浸润结合免疫关联：作者探索了CAF浸润与免疫的关系，通过分析不同CAF浸润组的差异表达及癌症相关hallmark信号通路的GSVA富集结果分析观察不同CAF浸润组与免疫基因（）及信号通路的关联。基于上述结果，作者也评估了CAF评分和CIBERSORTx免疫细胞之间的相关性（）。

与正常组织成纤维细胞比较识别生物标记物：作者识别了正常癌旁成纤维细胞（NAF）和癌相关成纤维细胞（CAF）的差异表达基因(DEGs)，结果发现与NAFs相比，基因BGN在CAF中表达上调（），已有研究表明BGN在治疗抵抗和免疫活性中发挥作用。为了进一步确认其在TNBC中的表达特征，作者也分析TNBC scRNA-seq数据集中BGN的表达水平()。作者发现在这些队列中，BGN表达水平分别与MCP-counter和xCell估计的成纤维细胞和内皮细胞评分显著相关()。

分析标记物与临床结局关联：BGN基因编码biglycan，这是一种可通过细胞间接触发挥其功能的细胞外可溶性蛋白。因此作者探讨了其在肿瘤发展中的作用及其在临床实践中的预后价值。作者对BGN相关基因进行了功能富集，同时也分析了BNG与免疫特征的相关性（）。作者也结合临床数据对BGN进行了生存分析（）。

思路二：样本scRNA-seq识别细胞类型+细胞类群注释结果刻画+CAF亚群的功能刻画+CAF亚群与肿瘤进展及生存的关联+CAF亚群与TME中其他组分的通信

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）

本研究通过对8对胃癌（GC）和邻近粘膜(AM)样本进行单细胞RNA测序，分析CAF亚群的特征和受CAF亚群调控的肿瘤微环境(TME)组分之间的动态通信。并对CAF在不同GC亚型中的空间分布，以及这些CAF亚群与原癌免疫细胞亚群的邻域关系进行评估。

样本scRNA-seq识别细胞类型：对GC和AM细胞进行降维和无监督聚类，根据细胞的表达模式来识别细胞群。如所示，共鉴定出23个细胞群，并注释为7种主要的细胞类型。

细胞类群注释结果刻画：文章对细胞类型划分及注释结果进行了刻画，概括了肿瘤来源上皮细胞的患者间异质性（0）及其内皮-间质转化特征（1）。

CAF亚群的功能刻画+CAF亚群与肿瘤进展及生存的关联：文章在GC和AM样本中确定了四个主要的成纤维细胞亚群(2)，并对所有四个成纤维细胞亚群中的差异表达基因(DEGs)进行了分析，以了解这四个成纤维细胞亚群的不同作用。作者发现了一个以前未报道过的CAF亚群，同时肿瘤来源的新CAF亚群高表达与肿瘤侵袭相关的基因，表明其是肿瘤转移TME的重要组成部分。作者也分析了TCGA GC样本的整体转录组中基因表达谱与预后之间的相关性，以评估高水平新CAF亚群的存在是否与胃癌较差的预后有关。同时作者也对一系列病理切片中的CAF marker基因进行了免疫组化染色，并将感兴趣的marker结合图像配准分析来研究四个CAF亚群在GC中的分布。

CAF亚群与TME中其他组分的通信：由于T细胞是TME中高度富集的免疫细胞，因此文章研究了GC TME中的T细胞亚群(3)。接着又对CAF与不同TME组分之间的动态通信进行了分析（4）。

思路三：正常组织成纤维细胞（NF）及CAFs差异分析+差异lncRNA表达与CAF表型marker+差异lncRNA与CAF重编程分析+差异lncRNA与CAF表达分析

例子：Cancer-associated fibroblasts promote tumor progression by lncRNA-mediated RUNX2/GDF10 signaling in oral squamous cell carcinoma（Molecular Oncology IF: 6.603）

大量证据表明长链非编码RNA (lncRNA)在各种癌症中异常调控基因表达。然而，lncRNA在CAF与癌细胞相互作用中的作用机制尚不清楚，因此文章针对这一问题对lncRNA与CAF进行了研究。文章首先发现了一个未被识别的lncRNA--LOC100506114，它在CAF中显著上调，并参与正常成纤维细胞(NF)和CAF的功能转化。

正常组织成纤维细胞（NF）及CAFs差异分析：文章通过RNA-seq对NF和CAF进行了全基因组转录组谱分析，过滤NF和CAF之间的差异表达基因（5），在NF和CAF之间发生变化的lncRNA中，LOC100506114的fold change最高，因此后续重点关注该lncRNA。

CAF表型marker与差异lncRNA表达：为了进一步证明LOC100506114在CAF功能转化中的作用，作者敲掉了lncRNA LOC100506114在CAF中的表达，并在NF中过表达了LOC100506114，分析CAF表型marker与差异lncRNA表达的关系。

差异lncRNA与CAF重编程分析：文章研究了LOC100506114在成纤维细胞中的表达与CAF重编程的关系，结果发现其能够促进癌症的生长和转移（7，8）。

差异lncRNA与CAF共表达分析：文章为了进一步研究LOC100506114如何调控CAF的功能，对RNA-seq数据进行了基因共表达分析。筛选了一些与LOC00506114显著共表达的基因，qPCR结果显示其在CAF中的表达量显著高于NF（9）。研究也发现LOC100506114通过绑定RUNX2上调GDF10的表达（0），且CAF通过LOC100506114介导的GDF10分泌促进肿瘤细胞增殖和迁移（1）。

参考文献：

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；