本文整理自 Cancer Cell 综述《Spatial omics at the forefront: emerging technologies, analytical innovations, and clinical applications》，系统梳理空间组学视角下肿瘤微环境的功能结构特征与研究范式革新。

肿瘤微环境（TME）并非均质的细胞与分子背景，而是具备高度空间组织结构的复杂生态系统。在实体瘤组织中，肿瘤细胞、免疫细胞亚群、癌症相关成纤维细胞（CAF）、血管网络、神经纤维、代谢梯度及共生微生物等组分并非随机排布，而是通过细胞间相互作用与信号调控自组装，形成多种反复出现、具备稳定结构与特定生物学功能的局部微单元，即空间生态位。不同生态位在细胞组成、分子信号网络、组织边界特征及临床预后价值上存在显著差异，空间组学技术的突破，让研究者得以在组织原位精准识别这些生态位，解析其细胞组装模式、细胞通讯网络与分子调控机制，为精准肿瘤学的发展提供全新的研究维度。

2、血管周围生态位：免疫细胞浸润与激活的关键枢纽
血管周围生态位是围绕肿瘤血管形成的空间结构，是协调局部免疫应答的核心枢纽，可介导免疫细胞的组织浸润与原位激活。该生态位具备典型的分层结构：树突状细胞与 T 细胞的互作簇通常分布于内皮细胞与基质细胞附近，负责抗原呈递与局部 T 细胞启动；巨噬细胞与调节性免疫细胞群体则分布于生态位外层边界。 CCL19/21-CCR7、CXCL12-CXCR4 等趋化因子梯度，共同调控效应免疫细胞与免疫抑制细胞向局部组织的募集过程；效应细胞浸润与抑制细胞积累的动态平衡，直接决定该生态位是发挥抗肿瘤免疫促进作用，还是介导免疫排斥效应。在胶质母细胞瘤中，空间分析发现复发肿瘤的血管周围生态位形成了富含胶原的细胞外基质（ECM）边缘，且高度富集免疫抑制性巨噬细胞、胶质细胞与产胶原基质细胞，提示治疗可诱导血管周围微环境的免疫抑制性重塑。在肝细胞癌中，成像质谱流式技术识别出血管周围生态位内的 VEGFA 阳性巨噬细胞，该类细胞可通过 VEGFA 介导的信号与 CD34 阳性内皮细胞发生相互作用，推动免疫调节性微环境的形成。

3、干样 CD8+ T 细胞生态位：免疫治疗持久应答的功能储备库
干样 CD8+ T 细胞通常高表达 TCF1 与 CD28，不表达 TIM-3 等终末耗竭标志物，这类细胞与抗原呈递细胞紧密结合，形成特化的空间生态位。在该生态位中，干样 CD8+ T 细胞作为具备自我更新能力的功能储备池，可维持自身增殖潜能，并通过不对称分裂持续补充效应 T 细胞池，同时保留干样亚群的稳态，这一过程是维持长期抗肿瘤免疫应答的核心基础。 干样 CD8+ T 细胞的稳态维持依赖表观遗传重编程、CXCR6 表达上调，以及与经典树突状细胞的相互作用，相关调控信号包括 CXCL9、IL-15、CCL19 与 CCL21 等。这类生态位的存在与免疫检查点阻断治疗的应答效果密切相关，其缺失则可能推动肿瘤免疫逃逸。在临床前模型中，通过 FLT3L 或 CD40 通路激活树突状细胞可有效扩增该类生态位，提示其可作为增强免疫检查点治疗疗效的联合干预靶点。

4、CAF 相关生态位：基质调控免疫与治疗应答的核心介质
癌症相关成纤维细胞（cancer-associated fibroblasts, CAF）具备高度异质性，在细胞来源、表型状态与生物学功能上存在显著差异，同时具有极强的可塑性与组织背景依赖性。空间组学分析证实，CAF 可形成结构与功能各不相同的空间生态位，直接塑造局部免疫微环境特征与肿瘤治疗应答。 在多数实体瘤中，基质生成型 CAF 可形成致密的富含胶原的 ECM 屏障，阻碍 T 细胞向肿瘤实质浸润并接触肿瘤细胞，最终导致免疫排斥；炎症型 CAF 可分泌 CXCL12、IL-6、TGF-β 等免疫调节性细胞因子与趋化因子，调控免疫细胞的募集、极化与功能；抗原呈递型 CAF 则可向 T 细胞呈递抗原，参与介导抗肿瘤免疫应答。 传统研究多先通过分子标志物定义 CAF 表型，再分析其空间分布特征，该策略受限于基因覆盖度与抗体可用性。近期泛癌空间多组学研究采用全新策略：基于 CAF 的邻近细胞组成定义其组织模式，在多个癌种中鉴定出 s1-s4 共 4 种保守的 CAF 空间模式。不同 CAF 生态位具备差异化的细胞间通讯网络，证实 CAF 的功能不仅由自身表型状态决定，也受其周围细胞组成与微环境互作的共同调控。

5、肿瘤侵袭前沿：肿瘤进展与转移的动态交互界面
肿瘤侵袭前沿是恶性细胞与基质、免疫组分发生动态相互作用的界面区域，是驱动癌症进展与转移的关键结构。空间分析显示，侵袭前沿具备独特的细胞组成与信号梯度，该区域通常高度富集肿瘤相关巨噬细胞、调节性 T 细胞与中性粒细胞，形成典型的免疫抑制性微环境。 定位于侵袭前沿的肿瘤细胞常发生表型重编程，呈现出干样特征、缺氧适应或治疗耐受表型；这些变化通常伴随局部免疫景观的重塑，是肿瘤细胞为逃避免疫监视产生的局部适应性改变。此外，侵袭前沿的肿瘤细胞常出现免疫检查点分子上调、抗原呈递机制下调、迁移与侵袭程序增强等特征，这些表型在多种实体瘤中均与患者不良预后、免疫治疗抵抗显著相关。

6、免疫排斥生态位：T 细胞浸润障碍的典型空间模式
免疫排斥生态位是一类特征明确的空间结构模式：淋巴细胞（尤其是细胞毒性 T 细胞）大量聚集于肿瘤边缘或基质区域，但无法有效浸润进入肿瘤实质。该空间结构与免疫检查点阻断治疗的低应答率直接相关。 空间组学分析证实，免疫排斥生态位通常被致密的基质屏障包裹，且高度富集免疫抑制性髓系细胞，共同形成不利于淋巴细胞迁移的微环境。驱动免疫排斥的核心因素包括：CAF 沉积的致密 ECM 形成物理屏障；CXCL12-CXCR4 等趋化因子梯度对淋巴细胞产生错误引导或直接排斥作用；TGF-β 等免疫抑制性细胞因子的持续信号作用；CD47-THBS1 等抑制性互作进一步强化排斥状态。靶向上述调控节点的干预策略已展现出临床价值，例如阻断 TGF-β 可有效增强 T 细胞浸润，提升免疫排斥型肿瘤对免疫检查点阻断治疗的敏感性。

7、缺氧生态位：代谢压力介导免疫抑制与治疗耐药的特殊区域
缺氧生态位是肿瘤内具备独特代谢特征的功能区域，氧气供应受限会驱动局部组织结构重塑，诱导恶性细胞与基质细胞发生表型重编程。这类生态位通常高度富集侵袭性肿瘤细胞与免疫抑制性 TME 细胞亚群。 在胶质母细胞瘤中，空间分析揭示了围绕缺氧生态位的有序分层结构，直观反映了不同组织区域对氧浓度梯度的适应性改变；缺氧区域常富集兼具促炎与免疫抑制表型的肿瘤相关巨噬细胞，而小胶质细胞则更多分布于氧合正常的区域。在肝细胞癌中，缺氧状态与 SPP1 阳性肿瘤相关巨噬细胞的诱导分化直接相关，这类巨噬细胞与 CAF 存在共定位关系，共同驱动免疫排斥表型。此外，缺氧还可诱导静息状态的肿瘤细胞激活干性与化疗耐受程序，也可推动中性粒细胞向促肿瘤表型重编程。

8、神经免疫生态位：神经信号调控肿瘤微环境的功能界面
神经成分正被重新认知为 TME 的主动调控组分，神经递质、神经肽与轴突 - 胶质信号均可调控局部免疫功能。空间组学鉴定出特化的神经免疫生态位，在该结构中神经信号对免疫功能的调控具有双向性，可支持抗肿瘤免疫，也可介导免疫抑制，具体效应取决于组织背景。 在胶质母细胞瘤中，髓鞘损伤产生的脂质碎片可作用于 TREM2 阳性肿瘤相关巨噬细胞，调控其激活状态。在胰腺导管腺癌中，未被肿瘤侵犯的神经通常与淋巴样聚集体或 TLS 相关；而被侵犯的神经周围则聚集 NLRP3 阳性肿瘤相关巨噬细胞与肌成纤维细胞样 CAF（myCAF），提示不同类型的神经免疫互作可共同塑造局部免疫景观与神经侵犯进程。三维空间多组学技术有望提供神经免疫互作的原位全景视图，完整捕捉其空间组织模式，并关联功能结局与治疗靶点。

9、微生物驻留生态位：肿瘤内菌群的空间分布与功能调控
空间多组学技术可实现高分辨率的菌群物种定位与定量，解析其与肿瘤细胞、TME 细胞的相互作用模式，帮助研究者明确肿瘤内微生物对癌细胞表型、代谢的调控作用，以及对局部微环境、抗肿瘤免疫的调节机制，最终明确其对癌症进展与治疗应答的影响。 肿瘤内微生物的原位检测可通过探针法实现，包括 HiPR-FISH、par-seqFISH 等技术，可在单细胞甚至亚细胞水平可视化微生物类群，包括胞内寄生细菌；也可通过空间宏转录组技术，在同一张组织切片中同时分析微生物与宿主的转录组特征。有研究将细菌转录本捕获整合至 Visium 技术流程中，证实肿瘤内微生物分布存在高度异质性，且细菌富集的生态位呈现出强免疫抑制特征。 在肺癌中，搭载微生物 spike-in 探针的 GeoMx DSP 平台检测显示，肿瘤细胞内的细菌负荷高于 TME 或癌旁正常组织；肿瘤内部的细菌负荷与 Wnt-β-catenin 等致癌通路的激活显著相关。具核梭杆菌（Fusobacterium）驻留的生态位与癌细胞静息状态、化疗耐受表型直接相关。同时微生物的功能效应存在物种特异性，例如嗜黏蛋白阿克曼菌（Akkermansia muciniphila）可通过调控谷氨酸代谢发挥抗肿瘤作用。随着 Xenium、CosMx 等平台逐步整合微生物特异性探针，微生物组 - 肿瘤、微生物组 - TME 的互作机制将得到更系统的解析。