Science Advances｜快来学习这篇泛癌成纤维细胞的思路和绘图技巧！
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前言
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Fibroblast atlas: Shared and specific cell types across tissues
内容
生物系统中各种分子和物理作用复杂，各种细胞亚型依赖于环境的方式执行不同的功能。肿瘤的发生是高度异质性的，而目前的研究对异质性的理解主要局限于癌细胞，而忽略了肿瘤微环境中的其他细胞。
之前的研究大多认为成纤维细胞产生和维持细胞外基质而参与组织稳态和肿瘤发生，最近，单细胞技术揭示了成纤维细胞在表型，起源和功能上的异质性。其异质性的潜在机制是目前癌症研究的一个热门领域。
Fig. 1. Defining fibroblast subtypes from a curated collection of scRNA-seq datasets.
研究团队收集到了从73个研究中收集到了跨十个组织的1116个样本，包括正常，癌旁，肿瘤和转移样本。构建了一个33个亚群，十八种亚型的成纤维细胞图谱。
Fig. 2. Transcriptome heterogeneity of fibroblast subtypes
研究团队对十八种成纤维细胞的亚型进行了细致的命名，并且发现了一种之前未被报道过的亚型——TSPAN8+染色质重塑成纤维细胞，以TSPAN8、GATAD1、MDM2和VEGFA的高表达和组蛋白修饰、染色质重塑的富集为主要特征。
作者检查了不同亚型的转录因子，确定了TSPAN8+亚群特异的转录因子和不同亚型中保守的转录因子，提示了亚型之间的共同特征。
研究人员检查了不同成纤维亚型在不同组织中的分布，发现MMP11+ myofibroblasts 和 CFD+ inflammatory fibroblasts亚型占了最大的比例，CD74+ antigen-presenting fibroblasts展现出了最高的OR值等等。不同成纤维细胞亚型在癌旁和肿瘤样本中的分布差异在肿瘤微环境中发挥着独特的作用，并且参与癌症的进展。
接着，研究团队通过比较同一亚型的不同病理状态的成纤维细胞差异，来进一步研究成纤维细胞的重编程。研究团队发现在癌旁样本中高表达趋化因子相关基因，如CXCL1和CXCL3。而肿瘤样本中的成纤维细胞低表达炎性因子而高表达胶原相关的基因。转移样本中同样高表达胶原相关的基因。之前已有文献报道成纤维细胞通过调节胶原纤维的平衡在重塑细胞外基质中发挥关键作用，胶原纤维对于癌细胞的存活、增殖、迁移和侵袭至关重要。作者研究发现与之一致。
Fig. 3. Identification of TSPAN8+ chromatin remodeling fibroblast.
研究团队确认了CFD+ inflammatory fibroblast, MMP11+ myofibroblast , RGS5+ myofibroblast, KRT14+ electron transport fibroblast, TSPAN8+ chromatin remodeling fibroblast 和 SPP1+ electron transport fibroblast六种亚型在不同组织中的肿瘤中普遍富集存在。作者将定义出的成纤维细胞亚型和之前的研究作了比较，确定了相一致的亚型，同时发现TSPAN8+ chromatin remodeling fibroblasts和任何之前定义出来的成纤维细胞亚群均不一致。
研究团队通过公开的空间转录组数据，确定了TSPAN8+ chromatin remodeling fibroblasts亚型的存在，并在GSE203612数据集中发现这种亚型的成纤维细胞更倾向于和内皮细胞共定位。
研究人员接着使用多重免疫荧光染色确定了这种亚型的存在并且在肿瘤组织中上调。
Fig. 4. Differentiation status of fibroblast subtypes.
研究团队使用Monocle2进行对成纤维细胞进行拟时序分析，同时结合上皮间充质转换和CytoTRACE评分确定起始点。轨迹结果显示，状态8、状态9和状态10的成纤维细胞，主要是CD74+抗原呈递成纤维细胞，可能来源于其他细胞类型的转变，而状态1的TSPAN8+染色质重塑成纤维细胞在很大程度上主导了组织驻留成纤维细胞的根部。
Fig. 5. Aging and cell senescence characteristics of fibroblast subtypes.
研究团队进一步研究了成纤维细胞亚型和不同年龄及性别的关系。作者还发现与其他细胞亚型相比，成纤维细胞展现出了较高的细胞衰老评分。同时作者发现处于分化轨迹末端的细胞往往展现出了更高的细胞衰老的评分。
揭示衰老和细胞衰老之间的关系肯能更进一步理解成纤维细胞的异质性。研究团队发现，大多数组织中成纤维细胞的衰老模式与组织老化趋势一致，但前列腺、胰腺、卵巢和肝脏中细胞衰老与老化呈相反方向变化。不同成纤维细胞亚型（如SPP1+电子转运、CFD+炎性、KRT14+电子转运成纤维细胞）的衰老评分在年龄组间差异显著，而RGS5+肌成纤维细胞在五种组织中均显示衰老与老化正相关，TSPAN8+染色质重塑成纤维细胞在卵巢和结肠中呈显著负相关。结果强调了细胞衰老变化的组织特异性。
Fig. 6. The cell-cell interactions of fibroblast subtypes.
研究团队进一步使用CellphoneDB研究成纤维细胞亚型的通讯网络，发现了成纤维细胞和上皮细胞和内皮细胞的相互作用强度是和免疫细胞相互作用强度的两倍。同时在免疫细胞中，与巨噬细胞的相互作用更高。
研究团队利用 CellChat 分析了成纤维细胞亚型与其他细胞间的 受体-配体互作，发现不同亚型具有独特的互作模式：
- CFD+ 炎性成纤维细胞 - 高表达 CXCL12，通过 CXCR4 与 T细胞、B细胞、巨噬细胞 互作，参与免疫调节。 - 特异性激活 C3，与巨噬细胞的 C3AR1/ITGB2/ITGAM/ITGAX 受体互作。
- SPP1+ 电子转运成纤维细胞 - 通过 MDK-NCL 通路与上皮细胞互作，可能促进 肿瘤发展和侵袭。
- TSPAN8+ 染色质重塑成纤维细胞 - 高表达 VEGFA，与 内皮细胞 通过 VEGF 信号通路 互作，在肿瘤边缘共定位。 - 特异性激活 F2R（T细胞 GZMA 的受体）。
- RGS5+ 肌成纤维细胞 - 表达 PDGFRB（PDGFB 的受体），主要与 上皮/内皮细胞 互作，几乎不与免疫细胞互作。
- MMP11+ 肌成纤维细胞 - 通过 ITGB5（SPP1 的受体）与巨噬细胞互作，显示不同亚型可能通过其他细胞间接调控彼此。
提示成纤维细胞亚型通过组织特异性受体-配体网络参与免疫调节、血管生成及肿瘤微环境调控，功能高度异质性。
Fig. 7. Clinical significance of TSPAN8+ chromatin remodeling fibroblast.
研究团队利用TCGA数据研究了成纤维细胞亚型和基因突变和转移的关系。
进一步，研究人员检查了TSPAN8+ chromatin remodeling fibroblasts成纤维细胞亚型与预后的关系。发现在LGG, KIRP, SARC, ovarian serous cystadenocarcinoma,STAD中和较差的预后相关联。
研究团队进一步研究成纤维细胞免疫亚型和免疫治疗的关系，发现 TSPAN8+ 染色质重塑成纤维细胞 通过 GZMA-F2R 通路受T细胞调控，并在 胃癌（STAD） 中与 较差的免疫治疗（ICIs）响应 显著相关。单细胞分析显示，不同成纤维细胞亚型 在肿瘤微环境中分布各异：CFD+ 炎性成纤维细胞 富集于癌旁组织，而 RGS5+ 肌成纤维细胞 和 IL6+ 炎性成纤维细胞 在非缓解肿瘤中增多，TSPAN8+ 成纤维细胞 则与缓解相关。研究提示成纤维细胞亚型可能通过 调控免疫微环境 影响 ICIs 疗效为免疫治疗预测提供新靶点。
总结
本篇文章可以说是单细胞公共数据库挖掘的典范，思路和研究内容均可借鉴用于其他细胞类型！如果大家有机会一定要仔细读一读！