北京大学季加孚团队合作揭示多癌种内髓系细胞特征图谱

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作者|李江

编辑|吴世南

2月4日，北京大学肿瘤医院纪家福团队在国际期刊Cell上与北京未来基因诊断高级创新中心(ICG)生物芯片、生命科学学院、张泽民课题组携手合作。发表了一篇题为“肿瘤浸润髓样细胞的泛癌单细胞转录图谱”。在国际上，该研究团队率先系统描述了包括胃癌在内的15种肿瘤浸润的髓系细胞的特征，并比较了不同癌症类型的肥大细胞、树突状细胞和肿瘤相关巨噬细胞的特征，为针对不同癌症类型髓系细胞的免疫治疗提供了重要依据。

肿瘤有复杂的生态系统。癌细胞与许多其他类型的细胞(如免疫细胞)相互作用，形成复杂的细胞调节网络。除淋巴细胞外，髓系细胞也是肿瘤浸润性免疫细胞的重要组成部分之一，在调节肿瘤炎症反应和血管生成中发挥重要作用，从而成为临床研究中癌症治疗的另一个热点靶细胞。

图1 课题设计及主要结论图1项目设计和主要结论

【/h/】中国是胃癌高发国家，全球新增胃癌一半以上在中国。胃癌早期诊断率低、预后差、疗效差，对健康中国战略的实现提出了巨大挑战。季家福的团队是国际胃癌学会主席，对胃癌有多年的基础和临床研究工作。联合研究小组首先从38名胃癌患者中收集了67份组织样本(肿瘤和邻近组织)，用于单细胞转录组的测序和分析。经过严格的质量控制，获得了10303个骨髓细胞的单细胞转录组数据。首先，研究人员确定了三个主要的髓系细胞群(肥大细胞、树突细胞、单核细胞/巨噬细胞)，并对每个髓系细胞亚群进行了深入分析。

发现胃癌组织中肥大细胞的比例高于癌旁正常组织，表明肿瘤组织中肥大细胞的积累在肿瘤的发生发展中起着重要作用。肥大细胞往往在肿瘤细胞的命运中起着双重作用，来源于肥大细胞的肿瘤坏死因子具有重要的抗肿瘤作用。发现胃癌组织中肥大细胞的肿瘤坏死因子表达水平较低；同时，来源于肥大细胞的血管内皮生长因子作为肿瘤血管生成的关键基因，也显著影响胃癌的肿瘤微环境。为了评价它们对肿瘤细胞的作用，研究小组计算了肿瘤中肿瘤坏死因子+/血管内皮生长因子+肥大细胞的比例，发现胃癌组织中血管内皮生长因子+肥大细胞明显多于肿瘤坏死因子+肥大细胞。结果表明，肥大细胞可能在胃癌的发生中起促进作用。

在之前的研究中，合作研究组首次报道肝癌中存在一种新的成熟树突状细胞。研究小组发现，胃癌中存在LAMP3高表达的同种成熟树突状细胞。这组细胞高表达LAMP3、迁移信号CCR7和PD-L1，PD-L1的表达水平是否与抗PD-L1抗体对胃癌的治疗作用有关，值得进一步研究。同时发现胃癌组织中存在上调血管生成相关信号通路的巨噬细胞，其特征性标记基因为INHBA+ TAMs，表明巨噬细胞在胃癌的肿瘤微环境中发挥重要作用。

研究小组鉴定出的胃癌相关髓系细胞的上述特征，以及其他癌症物种的髓系细胞群是否广泛存在于各种肿瘤中，具有很大的研究价值。因此，通过进一步整合该团队产生的单细胞转录组测序数据和公开发表的数据，研究团队构建了包括胃癌在内的15种癌症物种的髓系细胞图谱，系统比较了不同癌症物种之间各髓系细胞群的组成、发育和功能的异同。相关研究结果如下:

肥大细胞在多种癌症中呈现不同的功能状态

研究人员整合了多个癌症物种(210名患者，15种癌症物种)的单细胞转录组的测序数据，并获得了138，161个骨髓细胞的单细胞转录组数据。在每种癌症中，研究人员还确定了三种主要的骨髓细胞群(肥大细胞、树突细胞和单核细胞/巨噬细胞)。对于异质性树突状细胞和单核细胞/巨噬细胞，研究人员分别对它们进行无监督聚类，并对细胞亚群进行注释。

研究人员在比较了不同癌症中各种髓系细胞群的分布和功能特点后发现，鼻咽癌肿瘤浸润的肥大细胞中的TNF+/VEGFA+细胞比例明显高于其他癌症，提示鼻咽癌肿瘤浸润的肥大细胞可能具有较强的抗肿瘤特性，相应的临床生存分析进一步支持了这一结论。然后，通过NicheNet和CellPhoneDB对细胞间相互作用网络的分析，研究者推测富集于鼻咽癌的IL1B+巨噬细胞可以通过IL1B和AdrB2的相互作用诱导肥大细胞的抗肿瘤特性。

活跃状态的LAMP3+ cDC广泛存在于各种肿瘤中

类似于胃癌研究的结果，研究者发现LAMP3+ cDC细胞广泛存在于其他14种癌症类型中，根据其发育起源可分为来源于cDC1和cDC2的LAMP3+ cDC。通过对不同来源的LAMP3+ cDC转录组差异的深入分析，研究者进一步描述了这两种类型的LAMP3+ cDC在形成过程中所接受的外界信号的差异，以及这两种类型的LAMP3+ cDC所呈现的不同功能特征。例如IL-4和IL-12β可以促进cDC1细胞分化为成熟的LAMP3+ cDC。来源于cDC1的LAMP3+ cDC细胞可通过分别表达IL12B和BTLA参与诱导Th1细胞和Treg的分化。

肿瘤相关巨噬细胞在不同癌症类型中高度异质性

通过比较骨髓细胞亚群的组成和不同癌症中转录组的相似性，研究人员发现巨噬细胞在不同的癌症中具有高度的异质性。特别是，在不同类型的癌症中有巨噬细胞上调血管生成相关的信号通路。虽然血管生成相关的TAM细胞在不同的癌症种类(结直肠癌、肺癌等)中表现出不同的特征性标记基因。:spp 1+TAM；；肾细胞癌:FN1+TAM；；乳腺癌:VCAN+ TAM)。转录组相似性分析表明，这些血管活性TAM细胞组之间仍有高度相似性，并且该组与许多癌症类型中肿瘤患者的不良预后显著相关。这一结果表明，针对肿瘤相关巨噬细胞的免疫治疗方案应特别考虑其在不同癌症物种中的转录特异性。

北京大学生命科学学院博士后程、北京大学生命科学学院博士研究生(现为上海交通大学医学院免疫研究所博士后)为第一作者，北京大学肿瘤医院教授季家福、卜兆德、北京大学生命科学院教授为本文合著者。北京大学肿瘤医院的柯林·冬梅教授、肝胆胰外科一系的邢宝才教授、头颈外科的张斌教授、泌尿外科的教授、妇科的高教授和胸外科二系的教授也为本文做出了贡献。

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