近年来，免疫疗法在癌症治疗中取得了重要进展，但在实体瘤中的疗效仍受肿瘤微环境及其内部肿瘤-免疫相互作用的影响。肿瘤微环境的空间异质性对免疫治疗的效果至关重要，尤其是直接与肿瘤细胞互作的免疫细胞，在肿瘤进展和清除过程中发挥关键作用。然而，现有空间技术如组织成像和空间组学存在通量低、成本高等局限性，难以精准解析细胞相互作用。而细胞-细胞相互作用（CCI）检测方法通常需要模型抗原呈递细胞或基因改造的肿瘤细胞，这会破坏原生组织结构并改变细胞相互作用模式。因此，亟需一种能够在器官/组织原位上分析肿瘤-免疫相互作用的非侵入性平台，在保留原生组织环境的前提下实现细胞互作的高分辨率解析。

　　针对这一挑战，陈鹏、樊新元团队基于生物正交光催化概念，开发了一种深红光超快光催化邻近标记技术——CAT-Tissue，实现了组织原位上高分辨率的肿瘤-免疫细胞互作分析。该研究以“Deep-Red and Ultrafast Photocatalytic Proximity Labeling Empowered in situ Dissection of Tumor-Immune Interactions in Primary Tissues”为题，近日发表于《JACS》。CAT-Tissue利用二氢卟酚e6（Ce6）纳米抗体偶联物作为光催化剂，结合生物素-苯胺探针，在活肿瘤组织切片中快速、精准地标记并解析肿瘤-免疫相互作用。结合RNA测序，该技术揭示了肿瘤邻近与非邻近CD8+ T细胞之间的显著基因表达差异，尤其是肿瘤邻近CD8+ T细胞表现出激活、效应及耗竭表型。凭借深红光的优异组织穿透性及高生物相容性，CAT-Tissue无需基因改造即可高灵敏度地分析肿瘤-免疫相互作用，为深入理解肿瘤微环境提供了新的技术手段。

　　图1.CAT-Tissue技术平台示意图：基于深红光超快标记的组织原位解析肿瘤与免疫细胞相互作用。

　　实验结果显示，在肿瘤切片和共培养体系中，CAT-Tissue能够高效捕获TCR-pMHC等关键免疫相互作用，并精准量化不同亲和力TCR-pMHC变体的相互作用强度。此外，该技术在100 μm厚的MC38-hPD-L1肿瘤组织切片中成功标记了肿瘤细胞及其相互作用的CD8+ T细胞、NK细胞和CD4+ T细胞，进一步验证了其空间选择性和特异性。

　　图2 CAT-Tissue在小鼠肿瘤组织切片中实现邻近细胞原位标记和空间异质CD8+ T细胞分析。

　　作者进一步利用转录组分析，揭示了肿瘤邻近CD8+ T细胞相比于远离肿瘤区域的CD8+ T细胞，在基因表达上存在显著差异。结果表明，Biotin+ CD8+ T细胞中与细胞毒性、T细胞活化及免疫调控相关的基因显著上调，而幼稚和记忆T细胞标志基因则显著下调，进一步揭示了肿瘤微环境对T细胞功能状态的影响。流式细胞术验证实验也进一步支持了这些发现。

　　总之，CAT-Tissue以其超快动力学、高效标记和卓越的时空分辨率，在保留组织结构的同时，实现了对肿瘤-免疫相互作用的精准分析，为研究肿瘤微环境中的动态免疫过程提供了有力工具。该技术不仅有助于探索肿瘤-免疫系统的相互作用机制，还能为优化免疫治疗策略提供重要参考，推动更精准的个体化治疗方案。

　　77779193永利集团的樊新元和陈鹏教授为论文的通讯作者，博士研究生娄之正、博士后张妍为论文的共同第一作者，博士研究生梁轩、曹梦睿、马毅骢等同学也对该工作有重要贡献。该研究工作得到了中国科技部、国家自然科学基金委、北京分子科学国家研究中心、北京市科学技术委员会、北京医院管理中心临床医学发展基金等项目资金的支持。

　　原文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c17879