Commun Biol︱莫显明/周总光团队合作描绘结直肠黏膜和癌组织纤维母细胞类细胞图

撰文︱莫显明，周总光

责编︱方以一，王思珍

编辑︱杨彬薇

纤维母细胞类细胞包括纤维母细胞和肌纤维母细胞，为结缔组织的主要细胞成分[1,2]。纤维母细胞是一类合成细胞外基质和结构蛋白如胶原蛋白和弹力蛋白的细胞，而肌纤维母细胞是具有纤维母细胞与平滑肌细胞特点的细胞，具有纤维母细胞的分泌功能和平滑肌细胞的收缩特性[1,2]。肠道黏膜中的纤维母细胞类细胞具有连接、支持、防御、修复等重要作用[3]。众多研究对纤维母细胞的异质性和功能进行了阐述，证实肿瘤相关纤维母细胞（CAF）对肿瘤的发生和形成具有重要影响。在结直肠慢性炎症和结直肠癌组织鉴定出多种纤维母细胞，这些纤维母细胞在疾病过程中发生重塑，与疾病的严重程度、治疗效果与预后密切关联[4-8]。然而，在早期应用显微镜和电镜观察发现了肠道黏膜中的肌纤维母细胞后，有关结直肠黏膜及结直肠癌组织内纤维母细胞类型及分布特征未有明显的进展[1,2]。

2022年12月3日，华西医院干细胞生物学研究室莫显明课题组及胃肠外科周总光课题组组成的团队在Communications Biology上发表题为“An integrated map of fibroblastic populations in human colon mucosa and cancer tissues”的研究文章，系统分析了肠黏膜间质内纤维细胞和结直肠癌肿瘤相关成纤维细胞的组成成分，对各亚群进行了基因表达分析、功能预测和空间定位，并且阐述了正常结直肠粘膜和结直肠癌组织的纤维母细胞类细胞构成、基因表达特征及功能活动差异。

本研究收集了12位结直肠癌患者的肿瘤组织和癌旁远端正常肠道粘膜组织，应用流式细胞仪分选得到基质细胞进行单细胞测序解析。分析正常结直肠黏膜纤维母细胞构成和各类型细胞的基因表达特点、功能，揭示这些类型细胞在结直肠癌中的比例变化，对比了各类型细胞在正常结直肠黏膜和肿瘤中的基因表达差异（图1）。通过组织切片荧光染色验证单细胞测序解析的结果，描绘各类纤维母细胞类细胞在正常在结直肠黏膜和结直肠癌组织中的空间分布特点。

图1. 结直肠黏膜与结直肠癌组织内纤维母细胞类细胞类型，比例及分子特性。

（图源：Li S., et al., Communications Biology, 2022）

在结直肠黏膜和结直肠癌组织中，纤维母细胞有OGN⁺、CXCL14⁺和RGS5⁺三个大类，各大类纤维母细胞内部又具有异质性（图1）。通过拟时序分析描述了各群之间可能具有的相互转化的关系。在正常的结直肠黏膜中， OGN⁺纤维母细胞占比最高，但在肿瘤组织中几乎消失（图1）。该类纤维母细胞表达大量组成胞外基质的蛋白基因如DCN、MGP等，分泌细胞外基质和结构蛋白，起到支撑和维持组织形态的作用。OGN⁺纤维母细胞可分为PI16⁺、IGF1⁺和KCNN3⁺三个类型。其中PI16⁺类型非常稳定，主要功能是分泌细胞外基质，发挥着维持组织结构的重要作用。KCNN3⁺纤维母细胞分泌的细胞外基质与PI16⁺及IGF1⁺纤维母细胞有明显的差异，仅在少部分人样本中鉴定出来，该类型纤维母细胞分泌的基质有抑制纤维化及细胞与基质黏附作用，提示该类纤维母细胞可能参与疏松结缔组织形成（图1）。

CXCL14⁺纤维母细胞整体上高表达一系列生长因子、细胞因子、趋化因子与配体，在正常粘膜和肿瘤组织的总体占比相近，但是类型的纤维母细胞组成差异显著。CXCL14⁺纤维母细胞分为ADAMDEC1⁺、NRG1⁺、VSTM2A⁺和INHBA⁺四个类型。ADAMDEC1⁺纤维母细胞主要分泌细胞因子、趋化因子与配体，提示该类纤维母细胞为炎性调节性纤维母细胞，在肿瘤中ADAMDEC1⁺成纤维细胞明显减少。NRG1⁺纤维母细胞主要分泌多种参与调节肠道各类细胞包括上皮细胞、血管内皮和神经细胞稳定的因子和抗炎因子，显示该类细胞为肠道细胞稳态调节性纤维母细胞。VSTM2A⁺纤维母细胞分泌的因子与NRG1⁺纤维母细胞分泌的因子相似，高表达一系列的生长因子与转化因子，提示VSTM2A⁺纤维母细胞可能参与调节肠道黏膜内细胞增殖和转化。INHBA⁺纤维母细胞基因表达高度活跃，分泌各类因子和细胞外基质，与文献中的活化性纤维母细胞高度一致，是活化性纤维母细胞，该类纤维母细胞在结直肠癌组织大增多显著，是癌组织内纤维母细胞主要类型。CCL19⁺纤维母细胞占比很少，其特征与文献报道的抗原递呈纤维母细胞一致。

结直肠黏膜和结直肠癌组织内主要的肌纤维母细胞RGS5⁺ACTA2⁺细胞。RGS5⁺ACTA2⁺肌纤维母细胞分为RGS5⁺ACTA2^hi和RGS5⁺CD36⁺两个类型。ACTA2^high 肌纤维母细胞与收缩功能密切相关，而CD36⁺肌纤维母细胞则与多种响应细胞外刺激的信号通路有关。另有一小群肌纤维母细胞为ACTA2⁺CXCL14⁺HHIP⁺细胞，该类细胞具有纤维母细胞的分泌功能和肌纤维母细胞的运动功能，分泌经典WNT信号通路配体WNT2B和BMP及Wnt信息调节分子SOSTDC1，且分布在正常肠道黏膜隐窝底部，与肠道干细胞邻近，对肠道干细胞的维持和分化具有重要调控作用。依据细胞功能特征，结直肠黏膜及结直肠癌组织内肌纤维母细胞包含有上皮细胞调节性肌纤维母细胞、刺激反应性肌纤维母细胞、纤维母细胞样肌纤维母细胞、基质分泌性肌纤维母细胞及收缩性肌纤维母细胞（图2）。

通过组织切片荧光染色观察，在正常肠道粘膜内，OGN⁺纤维母细胞分泌的DCN紧密围绕绒毛上皮细胞层，并形成网状结构。OGN⁺纤维母细胞分泌的DCN在肿瘤组织中明显减少，不围绕肿瘤细胞。肌纤维母细胞成梭型，各类肌纤维母细胞连接在一起，形成致密单细胞层紧贴下部绒毛上皮细胞层，形成网状单细胞层紧贴上部绒毛上皮细胞层。HHIP⁺肌纤维母细胞位于正常黏膜隐窝底部，并与其他肌纤维母细胞连结在一起。在结直肠癌组织中该类肌纤维母细胞同样分布于癌细胞周围。在结直肠癌组织内，其他各类纤维母细胞类细胞呈散在分布于癌间质内（图2）。

图2. 结直肠黏膜与结直肠癌组织内纤维母细胞类细胞类型，比例及分布特点示意图。

（图源：Li S., et al., Communications Biology, 2022）

文章结论与讨论，启发与展望

本研究也详细解析了文献报道的纤维母细胞类型和特征性纤维母细胞[9-12]，显示与正常的结直肠黏膜比较，结直肠癌组织内这些已知的纤维母细胞没有明显的差异，文章未报告相关的解析结果。本研究完善了正常人结直肠粘膜和结直肠癌组织中纤维母细胞类细胞类型图谱、功能特点及行为模式。详细的描述人类正常粘膜和结直肠癌组织的纤维母细胞类细胞类型的基因表达模式和功能特征，比较了正常结直肠粘膜和结直肠癌组织中纤维母细胞类细胞特征。完善了正常粘纤维母细胞类细胞的分子、细胞、功能和空间分布图谱，为研究结直肠黏膜结构与生理、黏膜疾病及结直肠癌病理与机制提供基础性数据。本研究为描述性的结果，有关各类纤维母细胞和肌纤维母细胞之间的生物学上关系及各类纤维母细胞类型细胞在结直肠黏膜与癌组织的功能作用需要体内实验验证。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s42003-022-04298-5.pdf.

本研究基金：自然科学基金项目（81972592），华西医院135计划项目支持(ZYGD20007, ZYJC18011)。

通讯作者：周总光（左）；第一作者：李思颖（中），陆然（右）

（照片提供自：周总光团队）

作者简介（上下滑动阅读） 

通讯作者

周总光，教授，长江学者特聘教授。华西医院胃肠外科中心主任。擅长消化道肿瘤微创外科治疗。胰腺微血管和胰岛门脉系统有深入研究，获多项重要发现。自2000年起率领胃肠外科团队在国内外率先开展低位直肠癌的微创外科治疗，解决了长期禁锢低位直肠癌疗效的TME相关基础问题，界定了TME微创术式的区域切除范围，使手术疗效显著提高，手术创伤显著降低；使低位直肠癌从过去75%需切除肛门改道，75%患者都能保肛，术后生活质量显著提高；手术输血量从每台手术300ml-900ml不等，到80%患者都无需输血，达国际领先水平。

第一作者

陆然，博士，人结直肠癌干细胞、胃癌干细胞及肺癌干细胞在小鼠模型中形成神经组织研究工作的主要实验完成人。

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参考文献（上下滑动阅读）

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本文完