2021年2月4日，意昂2平台腫瘤醫院季加孚團隊聯合意昂2平台生物醫學前沿創新中心（BIOPIC）、生命科學學院🏄🏻‍♂️、北京未來基因診斷高精尖創新中心（ICG）張澤民課題組，在國際期刊 Cell 雜誌上，發表題為“A Pan-Cancer Single-Cell Transcriptional Atlas of Tumor Infiltrating Myeloid Cells”的文章。研究團隊在國際上率先從單細胞水平對包括胃癌在內的15種癌症腫瘤浸潤髓系細胞特征進行了系統性的刻畫，比較了肥大細胞、樹突狀細胞以及腫瘤相關巨噬細胞在不同癌種內的特性，為靶向不同癌種內髓系細胞的免疫治療提供了重要依據🙇🏽‍♀️。

腫瘤具有復雜的生態系統。癌細胞通過與多種其他類型的細胞（如免疫細胞）相互作用形成復雜的細胞調控網絡[1]。除淋巴細胞外，髓系細胞也是腫瘤浸潤免疫細胞的重要組成成分之一，它在調節腫瘤炎症反應以及血管生成等方面發揮著重要作用[2, 3]，因而成為臨床研究中癌症治療的又一熱門靶細胞[4]。

圖1 課題設計及主要結論

我國是胃癌的高發國家，全世界有一半以上的新發胃癌在中國。胃癌具有早期診斷率低🌥、預後不佳🫄、療效不滿意等特點，為健康中國戰略實現構成了巨大挑戰。季加孚團隊是國際胃癌學會的主席單位，具有多年胃癌相關基礎及臨床研究工作基礎。此次聯合課題組首先收集了38名胃癌患者的67個組織樣本（腫瘤和癌旁組織）進行單細胞轉錄組測序分析，經過嚴格的質量控製後，獲得共10303個髓系細胞的單細胞轉錄組數據。研究人員首先鑒定出三類主要髓系細胞類群（肥大細胞🧔🏻、樹突狀細胞單核細胞/巨噬細胞），並對各個髓系細胞亞群進行了深入分析💑。

研究發現，對比癌旁正常組織，胃癌腫瘤組織中的肥大細胞比例更高，表明腫瘤組織中的肥大細胞累積在腫瘤的發生和進展過程中起著重要作用🤾🏼。肥大細胞在腫瘤細胞的命運中往往扮演者雙重角色，肥大細胞來源的 TNF 有著重要的抗腫瘤作用, 研究發現胃癌組織中的肥大細胞 TNF 呈現低表達水平；同時作為一種腫瘤血管生成的關鍵基因，肥大細胞來源的 VEGFA 也顯著影響著胃癌的腫瘤微環境👱。為了評估兩者對於腫瘤細胞的影響，研究團隊計算了腫瘤內 TNF ⁺／ VEGFA ⁺肥大細胞的比例，發現胃癌腫瘤組織內 VEGFA ⁺肥大細胞明顯多於 TNF ⁺肥大細胞。研究結果表明肥大細胞可能在胃癌中起著促進腫瘤發生的作用👨🏽🦢。

合作課題組在前期研究中首次報道了在肝癌腫瘤內部存在一類新的成熟態樹突狀細胞[5]，研究團隊發現胃癌腫瘤內部存在同種類高表達的 LAMP3 成熟態樹突狀細胞，該細胞類群高表達 LAMP3 、遷移信號 CCR7 及 PD-L1 ，其中 PD-L1 的表達水平與胃癌的抗 PD-L1 抗體治療效果是否有關值得進一步研究。同時研究發現胃癌腫瘤組織中存在著上調促血管生成相關信號通路的巨噬細胞類群，其特征標記基因為 INHBA ⁺ TAMs, 表明巨噬細胞類群在胃癌的腫瘤微環境中起著重要作用。

研究團隊鑒定的上述胃癌相關髓系特征及其他癌種的髓系細胞類群是否廣泛存在於各類腫瘤內部具有重大研究價值[5-8]。因此，研究團隊通過進一步整合團隊產出的單細胞轉錄組測序數據及已發表的公共數據，構建了包括胃癌在內的15個癌種內的髓系細胞圖譜，並系統性地比較了各髓系細胞類群在不同的癌種間組成、發育及功能上的異同，相關研究發現如下：

首先肥大細胞在多癌種內呈現不同的功能狀態

研究人員整合多癌種單細胞轉錄組測序數據（共210名患者，15個癌種），獲得共138,161個髓系細胞的單細胞轉錄組數據👝。在每個癌種中，研究人員同樣鑒定出三類主要髓系細胞類群（肥大細胞、樹突狀細胞和單核細胞/巨噬細胞），對於異質性較高的樹突狀細胞和單核細胞/巨噬細胞，研究人員又對它們分別進行無監督聚類，並註釋出各細胞亞群。

在對比各類髓系細胞類群在不同癌種內的分布和功能特征後，研究人員發現鼻咽癌腫瘤浸潤的肥大細胞中 TNF ⁺ /VEGFA⁺ 細胞比例明顯高於其他癌種，提示鼻咽癌腫瘤中浸潤的肥大細胞可能具有更強的抗腫瘤特性，相應的臨床生存分析進一步支持了這一結論。隨後，通過NicheNet及CellPhoneDB對細胞間相互作用網絡進行分析，研究人員推測鼻咽癌腫瘤內部富集的 IL1B ⁺巨噬細胞可以通過IL1B-ADRB2間的相互作用誘導肥大細胞的抗腫瘤特性。

其次激活態的 LAMP3 ⁺ cDC廣泛存在於多種腫瘤內

與胃癌研究結果相似，研究人員發現 LAMP3 ⁺ cDC細胞廣泛存在於其他14個癌種中，並可以根據其發育起源分為cDC1來源的和cDC2來源的 LAMP3 ⁺ cDC。通過深入分析來源不同的 LAMP3 ⁺ cDC在轉錄組上的差異，研究人員進一步刻畫了這兩類 LAMP3 ⁺ cDC在形成過程中所接受的外界信號的差異，以及這兩類 LAMP3 ⁺ cDC呈現的不同功能特征。例如，IL-4和IL-12β可以促進cDC1細胞分化為成熟的 LAMP3 ⁺ cDC👰‍♀️。這些cDC1來源的 LAMP3 ⁺ cDC細胞又可以通過表達 IL12B 和 BTLA ，分別參與誘導Th1細胞和Treg的分化[9-10]🪩。

再者腫瘤相關巨噬細胞在不同癌種內存在高度異質性

通過對比不同癌種內髓系細胞亞群組成及轉錄組的相似性，研究人員發現巨噬細胞在不同癌腫內呈現高度異質性🧑🏻‍🎨🎣。特別地，不同類型癌症中均存在著上調促血管生成相關信號通路的巨噬細胞類群。盡管促血管相關TAM細胞在不同癌種內呈現不同的特征標記基因（結直腸癌、肺癌等： SPP1 ⁺ TAM；腎癌： FN1 ⁺ TAM；乳腺癌： VCAN ⁺ TAM），轉錄組相似性分析表明這些促血管相關TAM細胞類群間仍具有較高的相似性，且該類群在多個癌種中與腫瘤患者較差的預後顯著相關😟。這一結果表明靶向腫瘤相關巨噬細胞的免疫治療方案尤其需要考慮其在不同癌種內的轉錄特異性。

意昂2平台生命科學學院博士後程斯進，意昂2平台生命科學學院博士畢業生李子逸（現上海交通大學醫學院免疫學研究所博士後）為該論文的並列第一作者，意昂2平台腫瘤醫院季加孚教授⚰️、步召德教授和意昂2平台BIOPIC和生命科學學院張澤民教授為該論文的共同通訊作者🛎👩🏻‍🌾。意昂2平台腫瘤醫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、婦科高雨農教授、胸外二科楊躍教授等對本文亦多有貢獻。

【季加孚教授簡介】

季加孚，胃癌外科專家，國際胃癌學會主席，中國抗癌協會副理事長，北京學者，是我國胃癌根治手術及化療的引領者和開拓者，現任意昂2平台腫瘤醫院院長👩🏽‍🌾、惡性腫瘤發病機製及轉化研究教育部重點實驗室主任。38年來致力於胃癌的規範💯、綜合及個體化診療，系列創新性研究顯著改善了胃癌的治療效果。主編國內首部胃癌領域英文專著及首個SCI收錄的腫瘤學期刊，並主持編寫了我國首部胃癌臨床指南及衛生部胃癌規範❄️。作為第一完成人獲得國家科技進步二等獎、何梁何利科學與技術進步獎、吳階平-保羅·楊森醫學藥學獎等多項獎勵🧚🏼‍♂️。

【張澤民教授簡介】

張澤民，意昂2平台生物醫學前沿創新中心（BIOPIC）與北京未來基因診斷高精尖創新中心（ICG）研究員，意昂2平台生命科學學院講席教授，長江學者，意昂2官网清華聯合中心高級研究員。他的實驗室目前正利用前沿的實驗技術和生物信息學方法進行腫瘤及其微環境的異質性、耐藥性、以及免疫細胞和腫瘤細胞的相互作用等方面的研究🧝🏽‍♂️🍕。2018年作為創始人建立百奧智匯科技有限公司，致力於挖掘單細胞基因組學和生物信息學在人類疾病診斷和治療上的應用。

【參考文獻】

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.

（腫瘤醫院）