2021年2月4日，北京大學(xué)腫瘤醫(yī)院季加孚團(tuán)隊(duì)聯(lián)合北京大學(xué)生物醫(yī)學(xué)前沿創(chuàng)新中心（BIOPIC）、生命科學(xué)學(xué)院、北京未來基因診斷高精尖創(chuàng)新中心（ICG）張澤民課題組，在國際期刊Cell雜志上，發(fā)表題為“A Pan-Cancer Single-Cell Transcriptional Atlas of Tumor Infiltrating Myeloid Cells”的文章。研究團(tuán)隊(duì)在國際上率先從單細(xì)胞水平對(duì)包括胃癌在內(nèi)的15種癌癥腫瘤浸潤髓系細(xì)胞特征進(jìn)行了系統(tǒng)性的刻畫，比較了肥大細(xì)胞、樹突狀細(xì)胞以及腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞在不同癌種內(nèi)的特性，為靶向不同癌種內(nèi)髓系細(xì)胞的免疫治療提供了重要依據(jù)。

    腫瘤具有復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)。癌細(xì)胞通過與多種其他類型的細(xì)胞（如免疫細(xì)胞）相互作用形成復(fù)雜的細(xì)胞調(diào)控網(wǎng)絡(luò)[1]。除淋巴細(xì)胞外，髓系細(xì)胞也是腫瘤浸潤免疫細(xì)胞的重要組成成分之一，它在調(diào)節(jié)腫瘤炎癥反應(yīng)以及血管生成等方面發(fā)揮著重要作用[2, 3]，因而成為臨床研究中癌癥治療的又一熱門靶細(xì)胞[4]。

[圖1 課題設(shè)計(jì)及主要結(jié)論]

  我國是胃癌的高發(fā)國家，全世界有一半以上的新發(fā)胃癌在中國。胃癌具有早期診斷率低、預(yù)后不佳、療效不滿意等特點(diǎn)，為健康中國戰(zhàn)略實(shí)現(xiàn)構(gòu)成了巨大挑戰(zhàn)。季加孚團(tuán)隊(duì)是國際胃癌學(xué)會(huì)的主席單位，具有多年胃癌相關(guān)基礎(chǔ)及臨床研究工作基礎(chǔ)。此次聯(lián)合課題組首先收集了38名胃癌患者的67個(gè)組織樣本（腫瘤和癌旁組織）進(jìn)行單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測序分析，經(jīng)過嚴(yán)格的質(zhì)量控制后，獲得共10303個(gè)髓系細(xì)胞的單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)。研究人員首先鑒定出三類主要髓系細(xì)胞類群（肥大細(xì)胞、樹突狀細(xì)胞單核細(xì)胞/巨噬細(xì)胞），并對(duì)各個(gè)髓系細(xì)胞亞群進(jìn)行了深入分析。

研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)比癌旁正常組織，胃癌腫瘤組織中的肥大細(xì)胞比例更高，表明腫瘤組織中的肥大細(xì)胞累積在腫瘤的發(fā)生和進(jìn)展過程中起著重要作用。肥大細(xì)胞在腫瘤細(xì)胞的命運(yùn)中往往扮演者雙重角色，肥大細(xì)胞來源的TNF有著重要的抗腫瘤作用, 研究發(fā)現(xiàn)胃癌組織中的肥大細(xì)胞TNF呈現(xiàn)低表達(dá)水平；同時(shí)作為一種腫瘤血管生成的關(guān)鍵基因，肥大細(xì)胞來源的VEGFA也顯著影響著胃癌的腫瘤微環(huán)境。為了評(píng)估兩者對(duì)于腫瘤細(xì)胞的影響，研究團(tuán)隊(duì)計(jì)算了腫瘤內(nèi)TNF+／VEGFA+肥大細(xì)胞的比例，發(fā)現(xiàn)胃癌腫瘤組織內(nèi)VEGFA+肥大細(xì)胞明顯多于TNF+肥大細(xì)胞。研究結(jié)果表明肥大細(xì)胞可能在胃癌中起著促進(jìn)腫瘤發(fā)生的作用。

合作課題組在前期研究中首次報(bào)道了在肝癌腫瘤內(nèi)部存在一類新的成熟態(tài)樹突狀細(xì)胞[5]，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)胃癌腫瘤內(nèi)部存在同種類高表達(dá)的LAMP3成熟態(tài)樹突狀細(xì)胞，該細(xì)胞類群高表達(dá)LAMP3、遷移信號(hào)CCR7及PD-L1，其中PD-L1的表達(dá)水平與胃癌的抗PD-L1抗體治療效果是否有關(guān)值得進(jìn)一步研究。同時(shí)研究發(fā)現(xiàn)胃癌腫瘤組織中存在著上調(diào)促血管生成相關(guān)信號(hào)通路的巨噬細(xì)胞類群，其特征標(biāo)記基因?yàn)镮NHBA+ TAMs, 表明巨噬細(xì)胞類群在胃癌的腫瘤微環(huán)境中起著重要作用。

 研究團(tuán)隊(duì)鑒定的上述胃癌相關(guān)髓系特征及其他癌種的髓系細(xì)胞類群是否廣泛存在于各類腫瘤內(nèi)部具有重大研究價(jià)值[5-8]。因此，研究團(tuán)隊(duì)通過進(jìn)一步整合團(tuán)隊(duì)產(chǎn)出的單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測序數(shù)據(jù)及已發(fā)表的公共數(shù)據(jù)，構(gòu)建了包括胃癌在內(nèi)的15個(gè)癌種內(nèi)的髓系細(xì)胞圖譜，并系統(tǒng)性地比較了各髓系細(xì)胞類群在不同的癌種間組成、發(fā)育及功能上的異同，相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)如下：

首先肥大細(xì)胞在多癌種內(nèi)呈現(xiàn)不同的功能狀態(tài)

       研究人員整合多癌種單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測序數(shù)據(jù)（共210名患者，15個(gè)癌種），獲得共138,161個(gè)髓系細(xì)胞的單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)。在每個(gè)癌種中，研究人員同樣鑒定出三類主要髓系細(xì)胞類群（肥大細(xì)胞、樹突狀細(xì)胞和單核細(xì)胞/巨噬細(xì)胞），對(duì)于異質(zhì)性較高的樹突狀細(xì)胞和單核細(xì)胞/巨噬細(xì)胞，研究人員又對(duì)它們分別進(jìn)行無監(jiān)督聚類，并注釋出各細(xì)胞亞群。

在對(duì)比各類髓系細(xì)胞類群在不同癌種內(nèi)的分布和功能特征后，研究人員發(fā)現(xiàn)鼻咽癌腫瘤浸潤的肥大細(xì)胞中TNF+/VEGFA+細(xì)胞比例明顯高于其他癌種，提示鼻咽癌腫瘤中浸潤的肥大細(xì)胞可能具有更強(qiáng)的抗腫瘤特性，相應(yīng)的臨床生存分析進(jìn)一步支持了這一結(jié)論。隨后，通過NicheNet及CellPhoneDB對(duì)細(xì)胞間相互作用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分析，研究人員推測鼻咽癌腫瘤內(nèi)部富集的IL1B+巨噬細(xì)胞可以通過IL1B-ADRB2間的相互作用誘導(dǎo)肥大細(xì)胞的抗腫瘤特性。

其次激活態(tài)的LAMP3+ cDC廣泛存在于多種腫瘤內(nèi)

與胃癌研究結(jié)果相似，研究人員發(fā)現(xiàn)LAMP3+ cDC細(xì)胞廣泛存在于其他14個(gè)癌種中，并可以根據(jù)其發(fā)育起源分為cDC1來源的和cDC2來源的LAMP3+ cDC。通過深入分析來源不同的LAMP3+ cDC在轉(zhuǎn)錄組上的差異，研究人員進(jìn)一步刻畫了這兩類LAMP3+ cDC在形成過程中所接受的外界信號(hào)的差異，以及這兩類LAMP3+ cDC呈現(xiàn)的不同功能特征。例如，IL-4和IL-12β可以促進(jìn)cDC1細(xì)胞分化為成熟的LAMP3+ cDC。這些cDC1來源的LAMP3+ cDC細(xì)胞又可以通過表達(dá)IL12B和BTLA，分別參與誘導(dǎo)Th1細(xì)胞和Treg的分化[9-10]。

再者腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞在不同癌種內(nèi)存在高度異質(zhì)性

    通過對(duì)比不同癌種內(nèi)髓系細(xì)胞亞群組成及轉(zhuǎn)錄組的相似性，研究人員發(fā)現(xiàn)巨噬細(xì)胞在不同癌腫內(nèi)呈現(xiàn)高度異質(zhì)性。特別地，不同類型癌癥中均存在著上調(diào)促血管生成相關(guān)信號(hào)通路的巨噬細(xì)胞類群。盡管促血管相關(guān)TAM細(xì)胞在不同癌種內(nèi)呈現(xiàn)不同的特征標(biāo)記基因（結(jié)直腸癌、肺癌等：SPP1+ TAM；腎癌：FN1+ TAM；乳腺癌：VCAN+ TAM），轉(zhuǎn)錄組相似性分析表明這些促血管相關(guān)TAM細(xì)胞類群間仍具有較高的相似性，且該類群在多個(gè)癌種中與腫瘤患者較差的預(yù)后顯著相關(guān)。這一結(jié)果表明靶向腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞的免疫治療方案尤其需要考慮其在不同癌種內(nèi)的轉(zhuǎn)錄特異性。

北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院博士后程斯進(jìn)，北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院博士畢業(yè)生李子逸（現(xiàn)上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院免疫學(xué)研究所博士后）為該論文的并列第一作者，北京大學(xué)腫瘤醫(yī)院季加孚教授、步召德教授和北京大學(xué)BIOPIC和生命科學(xué)學(xué)院張澤民教授為該論文的共同通訊作者。北京大學(xué)腫瘤醫(yī)院病理科林冬梅教授、肝膽胰外一科邢寶才教授、頭頸外科張彬教授、泌尿外科杜鵬教授、婦科高雨農(nóng)教授、胸外二科楊躍教授等對(duì)本文亦多有貢獻(xiàn)。

【季加孚教授簡介】

季加孚，胃癌外科專家，國際胃癌學(xué)會(huì)主席，中國抗癌協(xié)會(huì)副理事長，北京學(xué)者，是我國胃癌根治手術(shù)及化療的引領(lǐng)者和開拓者，現(xiàn)任北京大學(xué)腫瘤醫(yī)院院長、惡性腫瘤發(fā)病機(jī)制及轉(zhuǎn)化研究教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任。38年來致力于胃癌的規(guī)范、綜合及個(gè)體化診療，系列創(chuàng)新性研究顯著改善了胃癌的治療效果。主編國內(nèi)首部胃癌領(lǐng)域英文專著及首個(gè)SCI收錄的腫瘤學(xué)期刊，并主持編寫了我國首部胃癌臨床指南及衛(wèi)生部胃癌規(guī)范。作為第一完成人獲得國家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)、何梁何利科學(xué)與技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)、吳階平-保羅·楊森醫(yī)學(xué)藥學(xué)獎(jiǎng)等多項(xiàng)獎(jiǎng)勵(lì)。

【張澤民教授簡介】

張澤民，北京大學(xué)生物醫(yī)學(xué)前沿創(chuàng)新中心（BIOPIC）與北京未來基因診斷高精尖創(chuàng)新中心（ICG）研究員，北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院講席教授，長江學(xué)者，北大清華聯(lián)合中心高級(jí)研究員。他的實(shí)驗(yàn)室目前正利用前沿的實(shí)驗(yàn)技術(shù)和生物信息學(xué)方法進(jìn)行腫瘤及其微環(huán)境的異質(zhì)性、耐藥性、以及免疫細(xì)胞和腫瘤細(xì)胞的相互作用等方面的研究。2018年作為創(chuàng)始人建立百奧智匯科技有限公司，致力于挖掘單細(xì)胞基因組學(xué)和生物信息學(xué)在人類疾病診斷和治療上的應(yīng)用。

【參考文獻(xiàn)】

1.     Hanahan, D. and R.A. Weinberg, Hallmarks of cancer: the next generation. Cell, 2011. 144(5): p. 646-74.

2.    Schmid, M.C. and J.A. Varner, Myeloid cells in the tumor microenvironment: modulation of tumor angiogenesis and tumor inflammation. J Oncol, 2010. 2010: p. 201026.

3.    Engblom, C., C. Pfirschke, and M.J. Pittet, The role of myeloid cells in cancer therapies. Nat Rev Cancer, 2016. 16(7): p. 447-62.

4.    Nakamura, K. and M.J. Smyth, Myeloid immunosuppression and immune checkpoints in the tumor microenvironment. Cell Mol Immunol, 2019.

5.    Zhang, Q., et al., Landscape and Dynamics of Single Immune Cells in Hepatocellular Carcinoma. Cell, 2019. 179(4): p. 829-845 e20.

6.    Sharma, A., et al., Onco-fetal Reprogramming of Endothelial Cells Drives Immunosuppressive Macrophages in Hepatocellular Carcinoma. Cell, 2020.

7.    Azizi, E., et al., Single-Cell Map of Diverse Immune Phenotypes in the Breast Tumor Microenvironment. Cell, 2018. 174(5): p. 1293-1308 e36.

8.    Zilionis, R., et al., Single-Cell Transcriptomics of Human and Mouse Lung Cancers Reveals Conserved Myeloid Populations across Individuals and Species. Immunity, 2019. 50(5): p. 1317-1334 e10.

9.    Trinchieri, G., Interleukin-12 and the regulation of innate resistance and adaptive immunity. Nature Reviews Immunology, 2003. 3(2): p. 133-146.

10.  Simon, T. and J.S. Bromberg, BTLA(+) Dendritic Cells: The Regulatory T Cell Force Awakens. Immunity, 2016. 45(5): p. 956-958.