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2022年最新腫瘤相關(guān)成纖維細(xì)胞(CAFs)生信思路多角度總結(jié)
腫瘤微環(huán)境基質(zhì)細(xì)胞中，腫瘤相關(guān)成纖維細(xì)胞(cancer-associated fibroblasts，CAF)是最豐富的，并在癌癥進(jìn)展中起重要作用。目前基于特定細(xì)胞表面標(biāo)記物對CAF的研究不僅加深了人們對其表型異質(zhì)性和功能多樣性的認(rèn)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(diǎn)。如今，2022剛剛開始兩個月，就已經(jīng)有多篇CAF相關(guān)文章出現(xiàn)，其中包括多篇高分文章。針對CAF這一熱點(diǎn)，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(jìn)行了總結(jié)。
思路一：基于CAF的marker基因?qū)?/span>樣本分型+CAF浸潤結(jié)合免疫關(guān)聯(lián)+與正常組織成纖維細(xì)胞比較識別生物標(biāo)記物+分析標(biāo)記物與臨床結(jié)局關(guān)聯(lián)
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(shù)據(jù)集使用CAF的經(jīng)典marker基因?qū)θ幮匀橄侔═NBC）隊(duì)列進(jìn)行了聚類，并與免疫及預(yù)后結(jié)合分析研究了不同CAF浸潤組的生物學(xué)特征。文章多角度對CAF在TNBC中的作用以及其功能進(jìn)行了探索，并結(jié)合實(shí)驗(yàn)對CAF在腫瘤進(jìn)展和腫瘤微環(huán)境（TME）中的重要作用進(jìn)行了分析。
基于CAF的marker基因?qū)颖痉中?/strong>：文章基于CAF的marker基因在三個TNBC隊(duì)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(jié)合免疫關(guān)聯(lián)：作者探索了CAF浸潤與免疫的關(guān)系，通過分析不同CAF浸潤組的差異表達(dá)及癌癥相關(guān)hallmark信號通路的GSVA富集結(jié)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(guān)聯(lián)?；谏鲜鼋Y(jié)果，作者也評估了CAF評分和CIBERSORTx免疫細(xì)胞之間的相關(guān)性（圖3）。
與正常組織成纖維細(xì)胞比較識別生物標(biāo)記物：作者識別了正常癌旁成纖維細(xì)胞（NAF）和癌相關(guān)成纖維細(xì)胞（CAF）的差異表達(dá)基因(DEGs)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)與NAFs相比，基因BGN在CAF中表達(dá)上調(diào)（圖4），已有研究表明BGN在治療抵抗和免疫活性中發(fā)揮作用。為了進(jìn)一步確認(rèn)其在TNBC中的表達(dá)特征，作者也分析TNBC scRNA-seq數(shù)據(jù)集中BGN的表達(dá)水平(圖5)。作者發(fā)現(xiàn)在這些隊(duì)列中，BGN表達(dá)水平分別與MCP-counter和xCell估計的成纖維細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞評分顯著相關(guān)(圖6)。
分析標(biāo)記物與臨床結(jié)局關(guān)聯(lián)：BGN基因編碼biglycan，這是一種可通過細(xì)胞間接觸發(fā)揮其功能的細(xì)胞外可溶性蛋白。因此作者探討了其在腫瘤發(fā)展中的作用及其在臨床實(shí)踐中的預(yù)后價值。作者對BGN相關(guān)基因進(jìn)行了功能富集，同時也分析了BNG與免疫特征的相關(guān)性（圖7）。作者也結(jié)合臨床數(shù)據(jù)對BGN進(jìn)行了生存分析（圖8）。
思路二：樣本scRNA-seq識別細(xì)胞類型+細(xì)胞類群注釋結(jié)果刻畫+CAF亞群的功能刻畫+CAF亞群與腫瘤進(jìn)展及生存的關(guān)聯(lián)+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(jìn)行單細(xì)胞RNA測序，分析CAF亞群的特征和受CAF亞群調(diào)控的腫瘤微環(huán)境(TME)組分之間的動態(tài)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(xì)胞亞群的鄰域關(guān)系進(jìn)行評估。
樣本scRNA-seq識別細(xì)胞類型：對GC和AM細(xì)胞進(jìn)行降維和無監(jiān)督聚類，根據(jù)細(xì)胞的表達(dá)模式來識別細(xì)胞群。如圖9所示，共鑒定出23個細(xì)胞群，并注釋為7種主要的細(xì)胞類型。
細(xì)胞類群注釋結(jié)果刻畫：文章對細(xì)胞類型劃分及注釋結(jié)果進(jìn)行了刻畫，概括了腫瘤來源上皮細(xì)胞的患者間異質(zhì)性（圖10）及其內(nèi)皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化特征（圖11）。
CAF亞群的功能刻畫+CAF亞群與腫瘤進(jìn)展及生存的關(guān)聯(lián)：文章在GC和AM樣本中確定了四個主要的成纖維細(xì)胞亞群(圖12)，并對所有四個成纖維細(xì)胞亞群中的差異表達(dá)基因(DEGs)進(jìn)行了分析，以了解這四個成纖維細(xì)胞亞群的不同作用。作者發(fā)現(xiàn)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(dá)與腫瘤侵襲相關(guān)的基因，表明其是腫瘤轉(zhuǎn)移TME的重要組成部分。作者也分析了TCGA GC樣本的整體轉(zhuǎn)錄組中基因表達(dá)譜與預(yù)后之間的相關(guān)性，以評估高水平新CAF亞群的存在是否與胃癌較差的預(yù)后有關(guān)。同時作者也對一系列病理切片中的CAF marker基因進(jìn)行了免疫組化染色，并將感興趣的marker結(jié)合圖像配準(zhǔn)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(xì)胞是TME中高度富集的免疫細(xì)胞，因此文章研究了GC TME中的T細(xì)胞亞群(圖13)。接著又對CAF與不同TME組分之間的動態(tài)通信進(jìn)行了分析（圖14）。
思路三：正常組織成纖維細(xì)胞（NF）及CAFs差異分析+差異lncRNA表達(dá)與CAF表型marker+差異lncRNA與CAF重編程分析+差異lncRNA與CAF表達(dá)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(jù)表明長鏈非編碼RNA (lncRNA)在各種癌癥中異常調(diào)控基因表達(dá)。然而，lncRNA在CAF與癌細(xì)胞相互作用中的作用機(jī)制尚不清楚，因此文章針對這一問題對lncRNA與CAF進(jìn)行了研究。文章首先發(fā)現(xiàn)了一個未被識別的lncRNA--LOC100506114，它在CAF中顯著上調(diào)，并參與正常成纖維細(xì)胞(NF)和CAF的功能轉(zhuǎn)化。
正常組織成纖維細(xì)胞（NF）及CAFs差異分析：文章通過RNA-seq對NF和CAF進(jìn)行了全基因組轉(zhuǎn)錄組譜分析，過濾NF和CAF之間的差異表達(dá)基因（圖15），在NF和CAF之間發(fā)生變化的lncRNA中，LOC100506114的fold change最高，因此后續(xù)重點(diǎn)關(guān)注該lncRNA。
CAF表型marker與差異lncRNA表達(dá)：為了進(jìn)一步證明LOC100506114在CAF功能轉(zhuǎn)化中的作用，作者敲掉了lncRNA LOC100506114在CAF中的表達(dá)，并在NF中過表達(dá)了LOC100506114，分析CAF表型marker與差異lncRNA表達(dá)的關(guān)系。
差異lncRNA與CAF重編程分析：文章研究了LOC100506114在成纖維細(xì)胞中的表達(dá)與CAF重編程的關(guān)系，結(jié)果發(fā)現(xiàn)其能夠促進(jìn)癌癥的生長和轉(zhuǎn)移（圖17，圖18）。
差異lncRNA與CAF共表達(dá)分析：文章為了進(jìn)一步研究LOC100506114如何調(diào)控CAF的功能，對RNA-seq數(shù)據(jù)進(jìn)行了基因共表達(dá)分析。篩選了一些與LOC00506114顯著共表達(dá)的基因，qPCR結(jié)果顯示其在CAF中的表達(dá)量顯著高于NF（圖19）。研究也發(fā)現(xiàn)LOC100506114通過綁定RUNX2上調(diào)GDF10的表達(dá)（圖20），且CAF通過LOC100506114介導(dǎo)的GDF10分泌促進(jìn)腫瘤細(xì)胞增殖和遷移（圖21）。
參考文獻(xiàn)：
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；
