Cancer Cell | 超400万细胞整合图谱揭示结直肠癌中性粒细胞的“双面”角色与空间生态位|中性粒细胞|亚群|免疫性疾病|结直肠癌|肿瘤|骨髓

撰文|Enigma

结直肠癌（CRC）是全球高发的恶性肿瘤，多数患者对免疫治疗效果不佳，亟需新的治疗策略。在结直肠癌错综复杂的肿瘤微环境中，免疫细胞扮演着关键角色。中性粒细胞作为循环中最丰富的免疫细胞，在肿瘤中扮演着复杂角色，既能促进肿瘤生长，又能发挥抗肿瘤作用。然而，由于传统单细胞测序技术难以有效捕获这类细胞，其在CRC肿瘤微环境（TME）中的完整表型图谱、空间定位及系统性调控网络一直不甚明晰。

近日，奥地利因斯布鲁克医科大学Zlatko Trajanoski、Stefan Salcher、Dominik Wolf和瑞士苏黎世大学Isabelle C. Arnold团队联合在Cancer Cell上发表了题为Single-cell integration and multi-modal profiling reveals phenotypes and spatial organization of neutrophils in colorectal cancer的研究。该研究整合了超过427万个单细胞的数据，构建了迄今为止规模最大的CRC单细胞图谱，并利用空间多组学与原位小鼠模型，系统揭示了中性粒细胞在CRC中的双重功能表型、独特的空间生态位，以及肿瘤通过“骨髓-肿瘤轴”远程重编程中性粒细胞发育的新机制，为靶向髓系免疫的精准治疗开辟了新路径。

为克服中性粒细胞在常规单细胞测序中捕获率低的难题，研究团队首先优化实验流程，利用BD Rhapsody平台成功获取了低mRNA含量细胞的信息。随后，他们整合了来自48项研究、76个数据集的公共数据，并结合自主生成的单细胞转录组、空间转录组（370万细胞）及空间蛋白质组（71.5万细胞）数据，构建了一个全面覆盖正常结肠、息肉、原发瘤和转移瘤的高分辨率CRC细胞图谱。

通过对图谱的深入分析，研究者首次在CRC中系统鉴定出中性粒细胞的不同亚群，包括具有促肿瘤特征的肿瘤相关中性粒细胞（TANs）和具有潜在抗肿瘤特征的正常样中性粒细胞（BNs）。功能实验证实，肿瘤来源的信号可诱导中性粒细胞向促瘤表型转化。

研究进一步利用空间多模态分析，发现中性粒细胞并非随机分布，而是在肿瘤核心和侵袭前沿形成了特定的细胞生态位。这些生态位由中性粒细胞与癌细胞、癌症相关成纤维细胞、内皮细胞等共同构成，提示其可能作为功能单元协同塑造免疫抑制微环境。

为了追溯中性粒细胞在体内的动态变化，团队构建了原位移植小鼠模型（AKPS类器官）。研究发现，肿瘤的存在不仅增加了局部中性粒细胞浸润，还导致了血液中中性粒细胞数量的系统性上升。更关键的是，单细胞轨迹分析表明，中性粒细胞在离开骨髓进入肿瘤之前，其转录程序已发生改变，揭示了肿瘤对髓系祖细胞发育的远程重编程作用。

基于上述机制，研究人员尝试了靶向中性粒细胞的干预策略。使用抗Ly6G抗体治疗荷瘤小鼠，可选择性清除促瘤的Siglec-F+中性粒细胞亚群，同时减少肿瘤微环境中耗竭性CD4+ T细胞的数量，改善了整体的免疫环境。这验证了精准靶向特定中性粒细胞亚群的治疗潜力。

综上所述，本研究通过大规模数据整合与多模态技术，首次全景式描绘了CRC中中性粒细胞的异质性、空间组织及系统调控网络。它不仅揭示了中性粒细胞在肿瘤微环境中的复杂“双面”作用，更重要的是，发现了肿瘤可远程“教育”骨髓，改变中性粒细胞发育程序的新机制。这些发现为未来开发针对特定中性粒细胞亚群或干预“肿瘤-骨髓轴”的免疫疗法提供了坚实的理论基础与新的方向。