空間オミックス（Spatial Transcriptomics / Proteomics / Multi-omics）は、がん研究におけるブレイクスルー技術として急速に重要性を高めています。腫瘍は高度に不均一であり、細胞の位置関係・ニッチ構造・ECM の空間配置・免疫細胞の浸潤パターンなどが、がんの進展、治療抵抗性、転移能、免疫逃避に深く関わります。
従来のbulk解析やscRNA-seqでは得られなかった「空間的な生物学」が、がん研究の理解を大きく変えつつあります。本記事では、がん研究における空間オミックスの主要な応用を、最新知見をもとに体系的にまとめます。
1. 腫瘍微小環境（TME）の空間構造の解明
◆ 1-1. 腫瘍と周囲の正常組織の境界（tumor–normal interface）
空間オミックスによって、
- 上皮細胞の異形成領域
- CAF（Cancer-associated fibroblast）の局在
- ECM（特にCOL4A1/A2、Laminin）の偏在
- リンパ球の集簇 vs 排除領域
が高解像度で可視化される。
Interface に局在する特異的細胞集団が、再発・侵襲・転移の前線となることが多く、そのニッチ特性（例えば ITGA3 高発現細胞の移動ニッチなど）は治療標的候補となり得る。
2. がん細胞の可塑性と遺伝子プログラムの空間的制御
scRNA-seq では可塑性（plasticity）の存在は同定できても、可塑性を誘導する “場所” は特定できなかった。
空間オミックスによって、
- ECM の変化に応じて遺伝子発現が変化する場所
- ストレスニッチ（低酸素、低栄養、剛性変化）
- 上皮−間葉転換（EMT）領域の局在
- Stem-like / progenitor-like state の出現位置
が明確になり、
可塑性は環境依存（niche-driven）である
という理解が強固になっている。
特にがん幹細胞ニッチ（COL4A1/2、Laminin、Integrin α3/β1 などの ECM 依存経路）は、肝内胆管がん・膵臓がん・大腸がんなどで共通する重要テーマである。
3. 免疫微小環境の空間的理解
がん免疫学の最大の課題の一つは、
「免疫細胞がどこに集まり、どこに入れないのか」
を理解することである。
空間オミックスでは以下が明確に見えてくる：
◆ 3-1. Immune Hot / Cold 領域の可視化
- CD8 T細胞の集簇領域
- M2-like macrophage の高密度領域
- Treg の immunosuppressive hubs
- 入り口となる血管ニッチ（HEV様構造）
◆ 3-2. 免疫排除現象の空間的原因
T細胞が腫瘍本体に入れず “周辺部に滞留する” 状況は、
- ECM密度上昇
- CAFの物理的バリア
- TGF-β高発現領域
- 高剛性ニッチ
など空間的要因が多い。
◆ 3-3. 空間免疫レパートリー解析
TCR-seq と Spatial の統合により、
どのクローンがどの領域に偏在しているか がわかる。
4. インタラクションと近接（Cell–Cell interaction）の空間解析
細胞間相互作用を「実際の位置関係」と一緒に定量できるようになったことは、がん研究において極めて重要である。
例：
- がん細胞–CAFの接触領域でのみ活性化する Integrin signaling
- 血管近傍で増える Stem-like tumor cells（perivascular niche）
- Treg–M2 macrophage の免疫抑制コア
- 神経–がん細胞 interaction（neurotropic invasion）
空間近接解析（Ligand–Receptor × 距離情報）は、治療標的探索にも直結する。
5. 転移・浸潤・前転移ニッチの可視化
◆ 5-1. 原発巣の浸潤前縁（invasive front）
EMT、基底膜破壊、Integrin切換え（ITGA3、ITGA6など）が発生。
空間解析により、
- 浸潤方向
- 破壊された ECM の分布
- 先導細胞（leader cells）
が同定できる。
◆ 5-2. 前転移ニッチ（pre-metastatic niche）
肺・肝などの転移臓器で、
- COL4A1/2 の局所上昇
- Ly6G+ neutrophils の集積
- ECM remodeling
が空間的に発生し、腫瘍細胞の“定着地点”を作る。
6. 空間オミックスによる治療抵抗性の解析
特定の薬剤抵抗性クローンは、
空間的に偏在していることがある。
例：
- 抗PD-1抵抗性：T-cell exclusion niche
- 抗EGFR抵抗性：EGF-rich basal niche
- 化学療法抵抗性：低酸素領域、ECM密度の高い領域
- 抗VEGF抵抗性：代償的血管ニッチ形成
空間マルチオミックス（RNA + Protein + ECM + Metabolism）によって、抵抗性の原因が「細胞の性質」ではなく「場所の性質」であることが示唆されるケースが増えている。
7. 治療標的候補の空間的優先順位づけ
がん治療標的は、「どこに発現しているか」が極めて重要である。
空間オミックスは、
- 腫瘍細胞で高発現
- 正常組織では限定的
- 特定の悪性ニッチで有意に集中
といった条件を満たす遺伝子を迅速にスクリーニングできる。
治療標的例：
- ECM–Integrin axis（CD9–ITGA3–COL4A1/A2）
- EMT基底膜破壊ニッチのMMP群
- 免疫排除コアのTGF-β軸
- 血管ニッチのCXCL12–CXCR4軸
など。
まとめ：がん研究は「空間」で再解釈されはじめた
空間オミックスは、がん研究の各テーマを強力に再構築している。
腫瘍微小環境 → 二次元地図化
可塑性 → ニッチ依存性として理解
免疫 → 各細胞の流入経路・障壁を可視化
転移 → 進展ルートとニッチ形成を解析
治療抵抗性 → 場所依存の病態を解明
標的探索 → 空間的特異性で絞り込み
がんは「空間的に構造化された病」であり、
空間オミックスはその構造を直接読み解く唯一の方法になりつつある。