2025年3月10日，中国医学科学院肿瘤医院林东昕院士、吴晨教授、华中科技大学常江教授、北京师范大学王晓群教授及中国科学院上海营养与健康研究所Andrew Teschendorff共同通讯在Cancer Cell（IF=48.8）在线发表题为“Single-cell multi-stage spatial evolutional map of esophageal carcinogenesis”的研究论文，该研究绘制了全球首个单细胞分辨率的食管多阶段癌变“时-空”动态演化图谱，实现了对食管癌变全过程的系统性解析！
该研究提出了一个单细胞分辨率的空间转录组图，纳入来自43例患者的127个多阶段组织切片，以绘制人类食管鳞状细胞癌（ESCC）的进化轨迹。通过分析640万个细胞，研究发现ESCC的进展由一个具有增殖特性的上皮细胞亚群驱动，这些细胞获得了去分化和侵袭性特征。在癌前晚期阶段，这些细胞破坏了上皮-间质界面，并通过JAG1-NOTCH1信号招募正常成纤维细胞，将其转化为癌症相关成纤维细胞（CAFs）。这种相互作用导致在肿瘤边缘形成“CAF-Epi”（CAF和上皮细胞）生态位，保护肿瘤免受免疫监视。CAF-Epi生态位的形成是ESCC及其他鳞状细胞癌进展和患者预后的关键指标。
理解驱动癌变的复杂过程对于探索肿瘤演化及确定早期干预靶点至关重要。基因组学和单细胞转录组学的最新进展揭示了突变（如TP53、NOTCH1等）在肿瘤细胞中的关键作用，以及上皮细胞与间质细胞群在推动癌症发生和进展中的复杂相互作用。然而，这些研究中有许多缺乏空间分辨率，限制了人们全面解析癌细胞演化中分子机制与细胞间相互作用的能力。为打破这一局限，需通过高分辨率空间转录组学分析来系统绘制癌变过程中细胞状态的空间动态图。Xenium In Situ和TF-seqFISH平台是两种开创性的高通量分析技术，可在连续大样本中对数百至数千个RNA靶标进行亚细胞定位。它们以前所未有的单细胞分辨率实现细胞结构与功能的精细可视化及空间分析，是研究肿瘤空间演化的理想工具。
ESCC是开展此类癌变时空研究的理想模型。食管具有明确的空间结构：复层鳞状上皮的基底层包含负责上皮更新的干细胞，其上方的副基底层和表层由处于不同分化阶段的细胞构成，形成鳞状上皮的保护性屏障。上皮下方的成纤维细胞维持细胞外基质（ECM），提供结构支持并分泌伤口愈合和免疫细胞募集必需的生长因子、细胞因子及趋化因子。ESCC通过两种可识别的癌前病变（低级别和高级别上皮内瘤变，LGIN和HGIN）逐步进展，这些病变可通过活检取样，从而深入解析驱动ESCC进展的细胞与分子变化。
机理模式图（图源自Cancer Cell）
本研究联合应用Xenium In Situ和TF-seqFISH空间转录组学平台，检测食管组织切片中1536个独特基因，并整合单细胞RNA测序（scRNA-seq）数据，系统捕获ESCC发展的连续阶段。这一策略能以前所未有的详细程度构建单细胞分辨率的ESCC发展的多阶段空间图谱。结合该图谱，研究团队开发了生物信息学方法并开展体外与体内功能实验，从而对驱动ESCC发展的空间相互作用模式有了更深入的了解。因此，本研究揭示了细胞状态、空间组织及其相互作用如何形成具有免疫抑制微环境的“CAF-Epi”生态位——这一过程在其他鳞状细胞癌（SCC）中同样存在。这些全面见解可提升癌症进展分期的准确性，并优化SCC患者的预后预测。
