2026 年 9月29日，中国医学科学院肿瘤医院刘明洋团队联合美国俄克拉荷马大学医学院李敏团队等，在《Cell》（IF=45.1）发表题为“Spatial evolution of a cachexia-promoting microenvironment in pancreatic cancer”的研究论文。研究纳入不同病程胰腺癌患者，结合单细胞、Xenium 空间转录组、多重免疫组化等多组学技术及体内外模型，解析恶病质进展中肿瘤微环境的空间动态变化。研究鉴定由 SEMA4A⁺肿瘤细胞、AQP9⁺巨噬细胞、LOXL2⁺癌相关成纤维细胞构成的促恶病质三细胞生态位，揭示其自强化信号环路：肿瘤 BMP2 诱导巨噬细胞 AQP9⁺极化，巨噬细胞 CXCL8 激活成纤维细胞，成纤维细胞外泌体 N-糖基化 LOXL2 反过来促进肿瘤 SEMA4A 表达。该生态位评分可预测术后新发恶病质风险，为胰腺癌恶病质早期识别与精准干预提供新靶点。
欧易生物为本研究提供了单细胞转录组与空间转录组（Xenium 5K）技术支持。
发表期刊：Cell
影响因子：45.1
涉及的欧易生物服务产品：单细胞转录组测序、空间转录组测序（Xenium 5K）
胰腺癌预计2030年成为癌症致死第二大病因，全分期5年生存率不足13%。超80%患者会并发癌症恶病质（CAC），表现为体重、肌肉及脂肪进行性消耗，进入显性阶段后难以逆转。恶病质可划分为三期，恶病质前期（pre-CAC）是干预关键窗口期，此时患者尚无显著体重下降，但已发生代谢紊乱与早期肌肉丢失；目前因缺少标准化标志物与诊断标准，患者常错失早期干预机会。既往研究多关注晚期恶病质，侧重可溶性因子或单一细胞，难以阐明恶病质前期启动及进展过程中，肿瘤微环境内多类细胞协同介导全身消耗的空间互作机制。本研究依托单细胞与空间多组学，挖掘恶病质相关细胞亚群、空间生态位与分子通路，为其早期诊断和干预提供理论支撑。
本研究采集胰腺癌非恶病质、恶病质前期、恶病质三期配对肿瘤、腹直肌及血浆样本，获得 307753 个高质量单细胞转录组数据，联合 132 例批量转录组、66 例 Xenium 5K 空间转录组与多重免疫组化，解析恶病质进展中肿瘤微环境的细胞与空间动态。借助 NMF、细胞通讯、拟时序等分析，鉴定由 SEMA4A⁺肿瘤细胞、AQP9⁺巨噬细胞、LOXL2⁺癌相关成纤维细胞组成的促恶病质三细胞生态位。结合体外共培养与 KPC 小鼠模型，阐明其自强化信号环路及通过 NRP1-Akt-MuRF1 诱导骨骼肌萎缩的机制，并验证血浆 SEMA4A 与生态位评分可预测术后新发恶病质。该研究搭建局部肿瘤生态与全身消耗的关联框架，为胰腺癌恶病质提供早期预警标志物与潜在治疗靶点。
1.单细胞图谱揭示恶病质进程中胰腺癌肿瘤微环境的动态演变
研究对43例非恶病质（n=19）、恶病质前期（n=10）、恶病质胰腺癌（n=14）新鲜肿瘤组织进行单细胞转录组测序，注释出上皮细胞、CAF、胰腺星状细胞、单核吞噬细胞、T/NK细胞等12大类细胞（图1a~b）。细胞丰度分析显示各样本间存在显著异质性，肿瘤微环境组成随恶病质阶段明显改变，其中CAF在恶病质样本中显著富集，是主要的基质细胞群（图1c~d）。以L3腰大肌指数（L3 PMI）评估肌肉丢失程度，其与血红蛋白水平、握力正相关，与C反应蛋白水平负相关；CAF丰度与L3 PMI呈显著负相关，提示基质重塑与骨骼肌消耗密切相关（图1e~f）。以上结果表明，CAF介导的基质重塑与胰腺癌恶病质进展紧密关联。
图1. 胰腺癌恶病质进程中肿瘤微环境的单细胞景观
2.NMF元程序锁定SEMA4A+肿瘤细胞为恶病质相关肿瘤亚群
基于拷贝数变异推断鉴定恶性细胞后，研究通过非负矩阵分解（NMF）解析肿瘤元程序，将肿瘤细胞划分为SEMA4A+、S100A2+、REG4+、PLCG2+与EMP3+五个亚群（图1g~h）。SEMA4A+肿瘤细胞在恶病质样本中显著富集，EMP3+则相反；在132例bulk转录组队列中，SEMA4A+特征评分在CAC组显著升高，且其丰度与患者体重下降程度正相关（图1i~l）。GSEA显示该亚群显著富集炎症与NF-κB信号通路（图1m）。联合分泌蛋白库筛选，SEMA4A为最优先候选介导分子（图1n）；血浆ELISA检测显示恶病质患者循环SEMA4A水平显著升高，并与肿瘤内SEMA4A+细胞丰度正相关（图1o~p）。功能上，分选的SEMA4A+ KPC细胞荷瘤小鼠尽管瘤负荷相当，肌肉丢失更严重；重组人SEMA4A蛋白可在C2C12肌管中诱导萎缩标志物表达，而敲低SEMA4A可在体内外缓解肌肉萎缩（图2a~i）。以上结果证明SEMA4A+肿瘤亚群是恶病质相关的关键肿瘤状态。
3.FOSL1驱动SEMA4A表达，SEMA4A经NRP1-Akt-MuRF1轴诱导肌萎缩
图2. 鉴定驱动胰腺癌恶病质的SEMA4A+肿瘤细胞
4.CAF促进肌肉萎缩并经SEMA4A依赖方式驱动恶病质
CAF丰度在恶病质肿瘤中升高，其特征评分与体重下降程度及肌内纤维化正相关（图3a~c）。从恶病质患者及KPC恶病质小鼠分离原代huCAF/muCAF，体外条件培养基处理与体内共移植实验均显示CAF可显著增强肿瘤相关肌肉萎缩（图3d~j）。对KPC±muCAF小鼠肿瘤行早期至晚期恶病质时序RNA-seq，发现CAF的促恶病质效应伴随SEMA4A+肿瘤细胞持续富集（图3k~m）；进一步实验证实CAF来源信号可上调肿瘤细胞FOSL1与SEMA4A表达（图3n），而在肿瘤细胞中敲低SEMA4A后，CAF的促恶病质效应基本消失（图3o~q）。以上结果证明CAF主要经肿瘤细胞内在SEMA4A轴发挥促恶病质作用。
图3. CAF促进肌肉萎缩与胰腺癌恶病质
5.LOXL2+ CAF经外泌体N-糖基化LOXL2激活肿瘤FOSL1/SEMA4A轴
CAF进一步亚型分析，肌成纤维细胞样LOXL2+ CAF在恶病质中显著富集，其bulk评分与体重下降程度及肌内纤维化正相关，并显著富集恶病质相关基因特征（图4a~f）。谱系重建提示PDGFC+ CAF为其潜在前体；通路与代谢状态分析显示LOXL2+ CAF显著富集N-聚糖生物合成等糖基化代谢通路（图4g~i）。功能上，重组人LOXL2上调肿瘤细胞FOSL1/SEMA4A表达，其条件培养基可激活肌管Akt/MuRF1萎缩通路；基因敲低或药物抑制huCAF的LOXL2可削弱其对肿瘤轴的激活及体内外促萎缩效应，且在SEMA4A敲低肿瘤中LOXL2抑制仅产生有限的附加效应，表明LOXL2+ CAF主要经由肿瘤细胞SEMA4A发挥作用（图4j~q）。机制上，LOXL2富集于CAF外泌体组分，外泌体分泌抑制剂GW4869可阻断CAF对FOSL1/SEMA4A的激活；PNGase F酶切去糖基化与衣霉素抑制N-糖基化均可削弱上述效应（图4r~v）。以上证明LOXL2+ CAF通过外泌体递送N-糖基化LOXL2激活肿瘤FOSL1/SEMA4A轴。
图4. LOXL2+ CAF定义胰腺癌中的促恶病质CAF亚群
6.AQP9+巨噬细胞经CXCL8/CXCR1/2-JNK/c-Jun轴激活LOXL2+ CAF
相关性网络分析显示AQP9+巨噬细胞与LOXL2+ CAF丰度在pre-CAC与CAC样本中正相关，而在non-CAC中无此关联；细胞通讯分析显示二者互作在CAC组显著增强（图5a~b）。巨噬细胞亚群分析显示AQP9+ Mac在恶病质中富集、TNFSF13+ Mac则相反；AQP9+ Mac呈M1样炎性极化，富集炎症、纤维化与免疫调控相关通路，轨迹分析提示MIF+ Mac为TAM初始状态，可向AQP9+与TNFSF13+ Mac分化（图5c~g）。NicheNet预测显示激活LOXL2+ CAF的配体主要来自AQP9+ Mac，其中CXCL8为高表达配体（图5h~i）。功能验证：恶病质TAM（cTAM）而非非恶病质TAM的条件培养基可上调huCAF的LOXL2与αSMA表达；重组人CXCL8经CXCR1/2受体激活CAF内JNK/c-Jun通路上调LOXL2，CXCR1/2抑制剂Reparixin或JNK抑制剂SP600125均可阻断该效应；CXCR1/2抑制在体内显著缓解KPC+muCAF模型的肌肉萎缩（图5j~l）。以上证明AQP9+巨噬细胞经CXCL8/CXCR1/2-JNK/c-Jun轴激活LOXL2+ CAF，进而促进恶病质。
图5. AQP9+巨噬细胞编程LOXL2+ CAF进而加剧胰腺癌恶病质
7.SEMA4A+肿瘤细胞经BMP2诱导AQP9+巨噬细胞极化
相关性网络与细胞通讯分析显示，SEMA4A+肿瘤细胞是与AQP9+巨噬细胞关联最强、双向信号最强的恶性亚群（图6a~b）；动态动物模型中二者在终末期恶病质同步上调。NicheNet预测显示BMP2为驱动AQP9+ Mac极化的排名靠前配体，且主要表达于SEMA4A+肿瘤细胞（图6c~d）。功能上，肿瘤细胞条件培养基及重组人BMP2均可显著诱导M0型THP-1巨噬细胞表达AQP9与CXCL8（图6e~f）。级联共培养实验进一步显示，cTAM单独作用对肿瘤细胞FOSL1/SEMA4A影响有限，而cTAM预激活的CAF可显著上调肿瘤细胞FOSL1/SEMA4A表达；巨噬细胞-成纤维细胞协同作用可显著增强肿瘤细胞诱导肌管萎缩的能力，其效力显著强于cTAM单独作用（图6g~h）。上述结果确立了“SEMA4A+肿瘤细胞—BMP2—AQP9+巨噬细胞—LOXL2+成纤维细胞”的级联通路。
图6. SEMA4A+肿瘤细胞经BMP2诱导恶病质相关AQP9+巨噬细胞
8.空间转录组定义肿瘤-巨噬细胞-成纤维细胞三细胞生态位并预测术后新发恶病质
为在单细胞分辨率下解析空间互作，研究对66例（30 non-CAC、7 pre-CAC、29 CAC）胰腺癌组织切片开展Xenium原位空间转录组检测，注释出15类主要细胞（图7a）。以SEMA4A+肿瘤细胞为中心的细胞邻域分析定义了4类空间生态位：niche 1为SEMA4A+肿瘤细胞与LOXL2+ CAF、AQP9+ Mac三者共定位，niche 2/3分别仅伴随AQP9+ Mac或LOXL2+ CAF，niche 4无邻近伴随，16.8%的SEMA4A+肿瘤细胞位于niche 1（图7b~c）。仅niche 1中SEMA4A+肿瘤细胞比例随恶病质进展显著升高，其他亚型肿瘤细胞无明显变化（图7d~f）；niche 1内三种细胞均最接近各自scRNA-seq对应亚群的转录特征，并富集恶病质、炎症与免疫相关通路（图7g~i）。mIHC验证显示CAC组织中三类细胞密度升高、细胞间距离缩短（图7j~k）。临床上，基于niche 1内SEMA4A+肿瘤细胞上调基因构建特征评分，在63例术后随访6个月的患者中，该评分与术后体重下降程度正相关；38例基线non-CAC患者中，29例术后新发恶病质者的评分显著高于9例未发生者，提示该特征可作为术后新发恶病质的预测标志物（图7l~m）。综上，niche 1中的SEMA4A+肿瘤细胞逐步驱动AQP9+ Mac极化与LOXL2+ CAF活化，活化CAF又分泌更多N-糖基化LOXL2反馈增强肿瘤细胞SEMA4A+表型，形成自强化的三细胞互作环路，驱动肌肉萎缩与恶病质进展（图7n）。
图7. 肿瘤-巨噬细胞-成纤维细胞生态位的形成是胰腺癌恶病质进展的核心驱动力
研究结论
机制上，该研究首次在单细胞-空间层面解析胰腺癌恶病质微环境演化图谱，鉴定 SEMA4A+肿瘤细胞-AQP9+巨噬细胞-LOXL2+成纤维细胞促恶病质三细胞生态位，阐明其自强化信号环路及经 NRP1-Akt-MuRF1 轴介导肌肉萎缩的机制，明确 SEMA4A 在恶病质中的关键作用。理论层面将恶病质研究从单一因子拓展到空间多细胞生态位，证实恶病质微环境于恶病质前期即启动，揭示 LOXL2+ CAF 优先调控全身恶病质的亚群异质性。
技术上融合单细胞转录组、Xenium空间转录组、bulk转录组、多重免疫组化与体内外功能验证，建立从临床队列、机制解析到临床转化的完整研究范式，为肿瘤系统性并发症研究提供可借鉴的技术路线。
参考文献
Hu Yumeng, Lv Gaoyuan, Yuan Hao, et al. Spatial evolution of a cachexia-promoting microenvironment in pancreatic cancer[J]. Cell, 2026, 189(1): 1-19.