期刊：Nature Communications
影响因子：15.7
通讯作者：张泽民、季加孚、步召德
通讯单位：北京大学生物医学前沿创新中心/生命科学学院、北京大学肿瘤医院
主要技术：10x Genomics 3’&5’、10x Visium

科学问题
1.胃癌肿瘤微环境的细胞类型在空间上是如何分布的？
2.淋巴细胞聚集区（LAR/TLS）在胃癌中发挥什么免疫功能？是否影响 T 细胞活化？
3.免疫检查点分子的空间位置如何影响免疫治疗效果？能否找到新的预测标志物？

实验材料
入组27 例未经治疗的原发性胃癌患者（手术切除样本）
样本类型：肿瘤组织、癌旁正常组织、引流淋巴结、外周血
临床信息： Lauren 分型（弥漫型 / 肠型 / 未确定型）、TNM 分期（I/II/III 期）

技术路线

导语
癌微环境的复杂性与空间异质性一直是免疫治疗研究的难点。近日，发表于《Nature Communications》的一项研究通过整合单细胞转录组与空间转录组技术，构建了首个胃癌高分辨率空间细胞图谱。研究团队系统识别出四个功能迥异的空间区域，并重点刻画了“淋巴细胞聚集区（LAR）”的细胞组成、内部异质性及其对邻近癌区免疫状态的影响。尤为重要的是，该研究发现，在LAR中，表达CD27的活化CD8+ T细胞与表达CD70的LAMP3+树突状细胞在空间上密切接近，暗示了局部刺激性免疫检查点轴在抗肿瘤免疫中的潜在作用。该研究不仅揭示了胃癌中淋巴细胞空间组织与免疫活化之间的联系，也为探索免疫治疗响应相关的空间生物标志物提供了新思路。

主要技术
10x Genomics 3’&5’、10x Visium

研究结果高分辨率单细胞图谱
为系统解析胃癌微环境的细胞组成，研究团队首先对来自27例未接受治疗的胃癌患者的四种组织（肿瘤、癌旁正常组织、淋巴结、外周血）进行了单细胞转录组测序（Fig. 1a, b）。共获得470,609个高质量单细胞的转录谱，涵盖两种临床亚型（弥漫型、不确定型、肠型）和三个分期（I、II、III期）。同时，19例肿瘤样本被切分为33张空间转录组切片，覆盖肿瘤核心、交界区和边缘区。

通过UMAP降维聚类，研究团队识别出8大主要细胞类型，包括T细胞、B细胞、先天淋巴细胞、肥大细胞、髓系细胞、内皮细胞、基质细胞和上皮细胞（Fig. 1c）。

进一步将主要细胞类型细分为53个亚型。每个细胞亚型均呈现独特的组织分布偏好。由于免疫群体是 TME 中大多数抗肿瘤活性的主要参与者，在免疫细胞中，T细胞（CD8和CD4）和髓系细胞表现出显著的转录组异质性。特别是，肿瘤中富集了CD8-Tex-LAYN、CD4-Treg-FOXP3和cDC-LAMP3等关键免疫亚型，与既往研究一致。通过TCR和增殖信号通路评分，进一步确认CD8-Tex-LAYN为潜在的肿瘤反应性T细胞，可能参与胃癌局部免疫应答。

图1 肿瘤微环境中细胞亚型的空间分布

2.免疫细胞在组织与临床表型中的富集偏好
为探究免疫细胞在不同组织之间的迁移与分布规律，研究团队比较了胃癌中T细胞和髓系细胞各亚型在四种组织（外周血、肿瘤、癌旁正常组织、肿瘤引流淋巴结）中的富集偏好。结果显示，多个细胞亚型显著富集于外周血，但在实体组织中几乎检测不到，包括CD4-Tcm-ANXA1-P、CD4-Tn-CCR7-P、CD8-Temra-CX3CR1-P、CD8-MAIT-SLC4A10-P、Monocyte-CD14 和 Monocyte-CD16（Supplementary Fig. 3a）。这些亚型构成了血液中免疫细胞的绝大多数。值得注意的是，部分在外周血中富集的T细胞亚型（如CD8-Temra-CX3CR1-P 和 CD8-MAIT-SLC4A10-P）在肿瘤中也存在对应富集的亚型，提示可能存在组织间的迁移关系（Supplementary Fig. 1i, 2g, 3a）。

通过Shannon指数评估免疫细胞的组成多样性，研究团队发现：无论是T细胞还是髓系细胞，肿瘤中的多样性均显著高于癌旁正常组织和外周血（P < 0.05），但肿瘤与肿瘤引流淋巴结之间的多样性无显著差异（Supplementary Fig. 3b）。对于髓系细胞，肿瘤与淋巴结之间则存在显著差异。这表明，尽管细胞组成不同，胃癌肿瘤中T细胞的多样性与淋巴结大致相当。

在临床表型方面，研究进一步分析了不同胃癌亚型（弥漫型、不确定型、肠型）和分期（I、II、III）中的细胞分布偏好。与组织间的显著差异不同，不同亚型和分期之间的差异较少。但在CD8+ T细胞中，肠型亚型的多样性显著高于弥漫型和不确定型（P < 0.05），其中弥漫型亚型的多样性评分最低（Supplementary Fig. 3b–d）。仅针对肿瘤样本的分析同样证实，弥漫型中CD8+ T细胞的多样性显著低于肠型及不确定型，而不同分期之间未见显著差异（Supplementary Fig. 3e–h）。研究指出，弥漫型胃癌中CD8+ T细胞多样性的降低可能与该亚型较低的生存率相关，但需更多数据支持。

3.构建空间细，揭示胃癌微环境的区域性分布
为将单细胞分辨率的信息映射到真实组织空间中，研究团队利用RCTD算法将单细胞亚型的转录特征解卷积至空间转录组（ST）的每个捕获点上，成功构建了胃癌的“空间细胞图谱”。

通过对33张ST切片（共61,035个spots）进行无监督聚类，研究人员识别出四个在细胞组成和转录谱上显著差异的空间区域（Fig. 1d）。这些区域与病理医生在H&E染色切片中观察到的主要组织结构高度一致，包括：淋巴细胞聚集区（LAR）、平滑肌与基质区（SMSR）、免疫原性癌区（ICR）以及阴性免疫原性癌区（NCR）。

热图分析显示（Fig. 1d），LAR区富集了CD8-Tn-CCR7、Bn-IGHD等淋巴细胞亚型；SMSR区以SmoothMuscle-MYH11为主；ICR区和NCR区均以Cancer-CEACAM6为优势细胞，但ICR区伴随较高的免疫细胞信号，而NCR区免疫细胞信号更低。各区域的细胞亚型丰度在样本间呈现出不同的变异程度——淋巴细胞的变异较小，而非淋巴细胞的变异较大，这可能与淋巴细胞的迁移特性有关。

进一步分析各区域的差异表达基因（Fig. 1e），发现LAR区高表达淋巴结相关基因（如CXCL13、CCL19、CCL21、FDCSP；SMSR区高表达平滑肌基因（ACTA2、ACTG2）；NCR区高表达胃癌相关基因（如KRT8、KRT19等）。所有33个肿瘤样本中均能检测到ICR和NCR，而LAR和SMSR在大部分样本中也存在（Fig. 1f, g）。

通过计算效应量（effect size），研究团队优先筛选了各区域显著富集或耗竭的细胞亚型（Fig. 1h）。在LAR区，GCB-LRMP、cDC-LAMP3、CD4-Th17-IL17A显著富集，而Cancer-CEACAM6显著耗竭。进一步分析发现，淋巴结相关基因（如FDCSP）的表达在不同临床亚型和分期中存在异质性：FDCSP在III期、肠型及肿瘤边缘区域与LAR的关联更强（Fig. 1i）。信号通路富集分析显示（Fig. 1j），LAR区主要富集“适应性/先天免疫系统”和“TCR信号通路”；SMSR区富集“平滑肌收缩”；NCR区则富集“细胞对缺氧的反应”等通路。

此外，TCGA数据库生存分析表明，LAR区高表达基因与肉瘤（SARC）和皮肤黑色素瘤（SKCM）等癌种的更好预后相关（Supplementary Fig. 4f–h）；在13个免疫治疗队列中，LAR区高表达基因也与抗PD‑1/PD‑L1治疗的更好响应存在一定关联（Supplementary Fig. 4i）。

以上结果表明，整合单细胞与空间转录组学可精准刻画胃癌微环境的区域性特征，并提示LAR区可能在抗肿瘤免疫中发挥关键作用。

4.LAR区域与T细胞介导的免疫应答密切相关
为探究淋巴细胞聚集区（LAR）在抗肿瘤免疫中的功能，研究团队对四个空间区域进行了信号通路富集分析，并重点评估了与T细胞活化相关的通路活性。

结果显示，LAR区域显著富集“适应性免疫系统”和“先天免疫系统”通路，而SMSR区域富集“平滑肌收缩”，NCR区域则富集“细胞对缺氧的反应”（Fig. 1j）。进一步聚焦T细胞活化相关通路发现，LAR区域高表达“TCR信号通路”、“CD28家族共刺激通路”以及“抗原加工交叉呈递通路”（Fig. 2a）。在空间模块（spatial block）水平上（Fig. 2b），LAR区域不仅这些通路的平均信号强度显著高于其他区域，而且具有高信号强度的模块比例也更高（Fig. 2c）。

为明确哪些T细胞亚型与这些活化通路相关，研究团队在LAR区域内计算了各T细胞亚型的丰度与上述通路信号之间的相关性。结果发现，CD8-Tn-CCR7（初始CD8+ T细胞）和CD4-Tem-GZMK（效应记忆CD4+ T细胞）的丰度与TCR信号通路、增殖信号通路以及CD28共刺激通路均呈显著正相关（Fig. 2d, e 及 Supplementary Fig. 6b）。相比之下，在非LAR区域，CD8-Tn-CCR7的丰度与TCR信号通路、CD28共刺激通路以及抗原交叉呈递通均呈负相关或不显著，提示这些初始T细胞的活化可能特异性地发生在LAR区域内。

为了从蛋白水平验证上述发现，研究团队利用多重免疫组织化学（mIHC）对11例主要队列和5例独立验证队列的肿瘤样本进行了染色。结果显示，在LAR区域内存在 CD8+TCF1+KI67+细胞（Fig. 2f 及 Supplementary Fig. 6c, d）。定量分析表明，主要队列中约12.19%（SD = 0.0839）的CD8+ T细胞为TCF1+KI67+双阳性，独立验证队列中为0.77%（SD = 0.007）（Supplementary Data 8）。此外，在复制样本的空间转录组数据及公共数据库中的多种癌症类型样本中，也观察到LAR模块同时表达CD8A/CD8B、TCF7和MKI67的现象（Supplementary Fig. 6e, f）。

以上结果揭示了LAR区域是初始CD8+ T细胞活化的潜在“微生态位”，为胃癌中T细胞介导的抗肿瘤免疫应答提供了空间证据。
 

图2 LAR中初始CD8 T细胞的启动/活化

5.LAR区域的细胞异质性及其与淋巴细胞分布的空间关联
尽管LAR整体富集淋巴细胞和免疫活化通路，但研究团队发现，不同LAR空间模块（spatial block）之间仍存在显著异质性。通过计算变异系数（CV），结果显示LAR模块中FDCSP（CV = 3.41）和CCL19（CV = 1.28）的表达波动极大，且二者变化趋势显著相关（Fig. 3a）。同时，GCB-LRMP（CV = 2.19）和cDC-LAMP3（CV = 2.40）等细胞亚型的丰度在不同LAR模块间也高度变异，而“TCR信号通路”（CV = 0.33）和“CD28家族共刺激通路”（CV = 0.41）的活性则相对稳定。即使在同一个肿瘤样本的不同LAR模块中，GCB-LRMP的丰度也存在明显差异（CV = 0.51）（Fig. 3b）。

基于这种异质性，研究人员根据LAR模块的细胞丰度特征，将所有供体分为两组（Group A 与 Group B）（Fig. 3c）。Group A的LAR模块高表达肿瘤引流淋巴结（TDLN）富集的细胞亚型，如GCB-LRMP和CD4-Tfh-CXCR5，且多数来自III期患者；而Group B的LAR模块上述细胞亚型信号较弱。

进一步分析两组样本的癌区（即ICR与NCR合并）发现，Group A 的癌区中活化淋巴细胞（如 CD8-Tex-LAYN 和 CD4-Treg-FOXP3）显著富集，而Group B 的癌区则以静息淋巴细胞（如 CD4-Tn-CCR7 和 CD8-Tn-CCR7）为主（Fig. 3d, e 及 Supplementary Fig. 7i, j）。Group A中细胞丰度升高的亚型数量几乎是Group B的三倍。通过人工智能辅助的RedeHist算法在H&E图像上对单细胞核进行分割并反推基因表达，同样证实癌区中CD8-Tex-LAYN和CD4-Treg-FOXP3在Group A中明显多于Group B（Supplementary Fig. 7k）。

以上结果表明，LAR并非均一结构，其内部异质性可对邻近癌区的淋巴细胞组成产生深远影响：高活化的LAR（Group A）促使癌区富集活化淋巴细胞，而相对静息的LAR（Group B）则使癌区以静息淋巴细胞为主。这揭示了LAR状态与肿瘤免疫微环境之间的空间关联。
 

图3 LAR发育谱系与其抗肿瘤免疫之间的关联

6.免疫检查点分子的空间分布呈现区域特异性
免疫检查点分子的表达水平并不能完全解释患者对免疫治疗反应的差异。为此，研究团队系统分析了多个已被靶向的免疫检查点配体-受体对在四个空间区域中的富集情况。

结果显示，刺激性配体-受体对（如 CD27-CD70、TNFRSF4-TNFSF4、CD28-CD80、ICOS-ICOSLG）显著富集于LAR区域；而抑制性配体-受体对（如 LAG3-LGALS3、TIGIT-NECTIN2、TIGIT-NECTIN3、HAVCR2-LGALS9、CTLA4-CD80/CD86）则主要富集于NCR区域（Fig. 4a 及 Supplementary Fig. 8a）。

进一步分析发现，CD27-CD70轴在Group A的LAR模块中表达显著高于Group B（Fig. 4b, c）；而抑制性轴 LAG3-LGALS3 和 TIGIT-NECTIN2 则在Group B的NCR模块中表达更高（Fig. 4d）。单细胞数据显示，CD70主要由 cDC-LAMP3 树突状细胞高表达，而 CD27 则由 CD4-Treg-FOXP3 和 CD8-Tex-LAYN T细胞高表达（Supplementary Fig. 8b）。基于scRNA-seq的细胞互作推断也支持cDC-LAMP3与上述T细胞亚型之间通过CD27-CD70轴存在潜在通讯（Fig. 4e）。

为了验证这一空间互作，研究团队利用多重免疫组化（mIHC）对主要队列和独立验证队列的肿瘤样本进行染色。结果显示，在LAR区域内，PD1+CD27+CD8+ T细胞与CD70+LAMP3+ 树突状细胞存在物理接触（Fig. 4f 及 Supplementary Fig. 8c）。定量分析表明，在LAR内部，PD1+CD27+CD8+细胞与CD70+LAMP3+细胞之间的平均距离显著小于DAPI核与CD70+LAMP3+细胞之间的平均距离（P = 0.00018，配对t检验）（Fig. 4h 及 Supplementary Data 10）。在独立验证队列中，随着距离增加，PD1+CD27+CD8+细胞邻近CD70+LAMP3+细胞的比例逐渐下降（Supplementary Fig. 8d）。此外，在多种癌症类型的公共空间转录组数据中，也能检测到同时表达CD8A/CD8B、LAMP3、PDCD1、CD27 和 CD70的LAR模块（Supplementary Fig. 8e）。

值得注意的是，CD28与CTLA4两套竞争性共刺激/共抑制轴在相当数量的LAR模块中同时表达，且这些模块绝大多数属于Group A（Fig. 4g 及 Supplementary Fig. 8g, h），提示Group A的LAR内可能存在一种精细调节的平衡状态。

以上结果首次系统揭示了胃癌中免疫检查点分子的空间分布规律：刺激性分子富集于LAR，抑制性分子富集于NCR，且特定细胞亚群（CD27+CD8+ T细胞与CD70+LAMP3+树突状细胞）在LAR内呈现紧密的空间邻近关系，为理解免疫检查点抑制剂的空间作用机制提供了新视角。
 

图4 免疫检查点分子在肿瘤样本中的空间分布

总结
本研究通过整合单细胞转录组与空间转录组技术，首次构建了胃癌的高分辨率空间细胞图谱，并将肿瘤微环境划分为四个功能迥异的空间区域。其中，淋巴细胞聚集区（LAR）被证实是一个富含淋巴结相关基因、活跃参与T细胞活化与抗原呈递的“免疫枢纽”。更重要的是，LAR并非均一结构——其内部异质性可显著影响邻近癌区的淋巴细胞组成：高活化型LAR促使癌区富集杀伤性T细胞，而静息型LAR则对应癌区以初始T细胞为主。

在免疫检查点分子层面，研究发现刺激性配体受体对（如CD27CD70）特异性地富集于LAR，而抑制性轴（如LAG3LGALS3、TIGITNECTIN2）则集中于阴性免疫原性癌区。空间验证显示，LAR内的CD27+CD8+ T细胞与CD70+LAMP3+树突状细胞存在紧密的物理接触，提示局部刺激性信号轴可能在抗肿瘤免疫中发挥独特作用。

综上，这项研究不仅为胃癌微环境的空间异质性提供了系统性注解，也揭示了LAR作为潜在免疫治疗响应生物标志物的重要价值。未来，通过靶向LAR形成或调控其内部刺激性免疫检查点分子，或许能为胃癌及多种实体瘤的免疫治疗开辟新的策略方向。

参考文献：
Gao S, Qin S, Wang D, Wang A, Zhu L, Li Y, Shi Q, Fan H, Bo Y, Zhong Y, Sun Y, Dong K, Fu L, Gao R, Wu Y, Liang Y, Huang L, Hu X, Ren X, Bu Z, Ji J, Zhang Z. A spatially resolved atlas of gastric cancer characterises a lymphocyte-aggregated region. Nat Commun. 2026 Jan 27;17(1):2059. doi: 10.1038/s41467-026-68612-z. PMID: 41593079; PMCID: PMC12948980.