IL4I1+巨噬细胞通过响应生物力学信号促进肝细胞癌的进展

   在肝细胞癌（HCC）进展过程中，肿瘤微环境经历了动态的生物力学改变。然而，生物力学特化巨噬细胞亚群的鉴定和表征仍然未被探索。我们的研究结果表明，IL4I1+巨噬细胞表现出独特的机械敏感表型，能够动态响应生物力学线索。生物力学驱动的IL4I1 +巨噬细胞通过协调多方面的致癌程序促进HCC的进展，包括增强肿瘤细胞增殖、迁移能力、干细胞样特性和免疫逃避潜力。在临床前模型中，SB505124治疗显著减缓了HCC的进展，同时减少了IL4I1+巨噬细胞。我们的研究证实，IL4I1+巨噬细胞对肿瘤微环境中的生物力学信号作出反应，并在功能上将其转化为免疫抑制和促肿瘤信号。这些发现为HCC的机制生物学提供了新的见解，并突出了IL4I1+巨噬细胞作为联合治疗的一个有希望的靶点。本文于2026年2月发表于JHEP Reports（IF=7.5）上。

技术路线：

结果：

1）巨噬细胞是细胞间通讯的关键生物力学介质

   我们处理了来自56个HCC样本的scRNA-seq数据。使用CellChat进行细胞通讯分析发现，巨噬细胞是相互作用最活跃的细胞群，其配体与受体相互作用的数量和强度最高，表明巨噬细胞在HCC微环境中发挥着核心作用（图1A）。巨噬细胞群体在细胞亚群中表现出更高的机械敏感性（图1B和C）。这一发现在TCGA-LIHC队列中显示出很强的相关性（图1D）。

2）IL4I1+巨噬细胞被确定为生物力学相关的巨噬细胞亚群

   不同的巨噬细胞亚群在肿瘤进展过程中表现出不同的功能作用。为了鉴定机械反应性亚型，我们分离巨噬细胞并分离出七个不同的亚群（图2A和B）。通过生物力学评分，我们发现IL4I1+巨噬细胞表现出最高的机械反应性（图2C）。伪时间轨迹分析将IL4I1+巨噬细胞定位在终端分化状态（图2D和E），这与其生物力学评分和标记基因表达呈正相关（图1F和G）。这些数据表明，IL4I1+巨噬细胞对生物力学线索有独特的反应。同样，在TCGA-LIHC队列中，机械评分与IL4I1+巨噬细胞评分之间存在显著的正相关（图1H）。生存分析显示，两项指标得分较高的患者生存期明显较差（图1I）。值得注意的是，这种机制-巨噬细胞轴也与其他HCC队列和癌症类型相关（图1J和K）。这些发现表明，IL4I1+巨噬细胞是TME中由机械信号驱动的最终分化的关键协调者和效应细胞。

3）IL4I1+巨噬细胞的空间分布及生物力学敏感性

   为了表征IL4I1+巨噬细胞与生物力学之间的空间联系，我们对HCC组织进行了空间转录组研究（图3A）。我们使用空间力学评分来定义低机械（LM）和高机械（HM）区域，并通过glypican-3和COL1A1表达进行验证（图3B）。通过多模态交集分析绘制单细胞数据显示，IL4I1+巨噬细胞在HM区域显著富集（图3C）， RCTD算法证实了这一模式（图3D）。此外，肝癌组织的MASSON和免疫荧光染色证实了IL4I1巨噬细胞与机械微环境的空间相关性（图3E-G）。原子力显微镜分析证实了富含胶原蛋白的区域具有较高的杨氏模量，揭示了肿瘤的生物力学异质性（图3H和图3I）。最后，我们构建了具有不同杨氏模量的体外聚丙烯酰胺水凝胶（PA）底物来模拟LM和HM区域（图3J）。流式细胞术显示，刚性底物显著促进IL4I1+巨噬细胞极化（图3K）。这些结果表明，生物力学线索驱动了IL4I1+巨噬细胞的表型极化和异质性空间分布。

4）IL4I1+巨噬细胞模式的免疫景观表征

   为了描述与IL4I1+巨噬细胞模式相关的免疫微环境，我们在TCGA中使用单样本基因集富集分析（ssGSEA）对28种免疫细胞亚型的浸润谱进行了量化和可视化。高机械/IL4I1+巨噬细胞评分亚组富集免疫抑制细胞（如调节性T细胞、髓源性抑制细胞）（图4A）。机械性或IL4I1+巨噬细胞评分较高的患者表现出较高的免疫逃避，包括更高的基质、免疫、ESTIMATE和TIDE（肿瘤免疫功能障碍和排斥）评分（图4B-E），以及免疫检查点基因上调（图4F）。空间转录组分析还揭示了IL4I1和T细胞衰竭标志物（PD1、TIM3和LAG3）的空间共定位（图4G）。在机制上，IL4I1+巨噬细胞维持强大的自分泌信号传导（图4H），并通过MIF途径与T细胞和B细胞进行旁分泌串扰（图4I）。这表明在HCC中，具有生物力学响应性的IL4I1+巨噬细胞可能驱动T细胞衰竭，从而促进免疫逃逸。

5）IL4I1+巨噬细胞促进HCC进展

   为了研究IL4I1+巨噬细胞对HCC进展的功能影响，我们基于IL4I1+巨噬细胞评分进行了基因集变异分析（GSVA）。GSVA显示，在高IL4I1 +巨噬细胞评分的样本中，致癌途径显著富集，包括肿瘤增殖、肿瘤干性、转移潜力、药物阻抗和免疫抑制（图5A）。在临床上，高分与转移潜能、微血管侵袭、癌症干性和复发率升高相关（图5B）。这些发现证实了IL4I1+巨噬细胞是通过多方面的致癌途径激活HCC进展的关键介质。为了进一步验证机械敏感性IL4I1+巨噬细胞对HCC进展的功能影响，我们使用软（5 kPa）和硬（35 kPa）底物培养的巨噬细胞条件培养基建立了体外培养系统。巨噬细胞中IL4I1的敲低抑制肿瘤作用（图5C-I），表明机械激活的IL4I1+巨噬细胞通过旁分泌信号驱动HCC进展。

6）SB505124是一种潜在的靶向IL4I1+巨噬细胞的治疗药物

   为了确定针对IL4I1+巨噬细胞的治疗策略，我们通过oncoPredict分析了TCGA-LIHC队列的药物反应。高IL4I1+巨噬细胞浸润的患者表现出对标准HCC治疗的显著耐药性，包括索拉非尼、紫杉醇、阿糖胞苷和顺铂（图6A）。值得注意的是，高IL4I1+巨噬细胞浸润的患者对选择性TGF-β抑制剂SB505124表现出异常的敏感性（图6B）。这一观察结果表明，SB505124有望成为靶向IL4I1+巨噬细胞介导的HCC进展的治疗候选药物。功能验证实验显示，SB505124处理显著抑制刚性诱导的IL4I1+巨噬细胞极化和IL4I1表达（图6C和D），并抵消其致癌作用，降低肿瘤细胞的增殖、干性和迁移（图6E-K）。为了评估SB505124的治疗潜力，我们将THP-1巨噬细胞和HCCLM3细胞包埋在确定硬度（软：5 kPa；硬：35 kPa）的3D水凝胶中，并皮下植入Balb/c-裸小鼠，建立了共培养异种移植物模型（图7A）。硬水凝胶组的肿瘤表现出加速的生长动力学和更大的最终体积，但SB505124治疗显著降低了肿瘤体积和生长（图7B-D）。免疫荧光显示SB505124下调了关键的致癌标志物，包括增殖（Ki67）、转移潜能（N-cadherin）和干细胞特性（CD44）（图7E）。这些发现证明了SB505124在靶向IL4I1+巨噬细胞介导的HCC进展方面的治疗效果，特别是在生物力学微环境中。

结论：

   我们的研究确定了IL4I1+巨噬细胞作为潜在的生物力学传感器，将来自TME的生物力学信号转化为免疫抑制和促肿瘤信号。通过整合多组学、机器学习和药物筛选，我们制定了针对IL4I1+巨噬细胞的综合翻译路线图，以改善HCC的临床结果。这些发现为HCC的机制生物学提供了新的见解，并突出了IL4I1+巨噬细胞作为联合治疗的一个有希望的靶点。

参考文献：

Zhou S, Liang R, Lu P, Wang W, Li X, Yuan H, He T, Ai Z. IL4I1+ macrophages drive hepatocellular carcinoma progression by responding to biomechanical cues. JHEP Rep. 2026 Feb 11;8(6):101782. doi: 10.1016/j.jhepr.2026.101782.