單細(xì)胞結(jié)合Xenium多模態(tài)解析中性粒細(xì)胞異質(zhì)性與空間調(diào)控機(jī)制

近日，《Cancer Cell》（IF=44.5）發(fā)表了一項(xiàng)里程碑式研究，由Valentin Marteau團(tuán)隊(duì)牽頭，整合427萬(wàn)個(gè)單細(xì)胞、1670個(gè)樣本，構(gòu)建了大規(guī)模CRC單細(xì)胞圖譜，首次系統(tǒng)解析了中性粒細(xì)胞在CRC腫瘤微環(huán)境（TME）中的異質(zhì)性、空間組織特征及調(diào)控機(jī)制，為CRC免疫治療提供了全新的靶點(diǎn)與思路。今天，我們就深度拆解這項(xiàng)研究，讀懂其核心價(jià)值與技術(shù)亮點(diǎn)。

核心研究方法
在實(shí)驗(yàn)方面，本研究結(jié)合了單細(xì)胞測(cè)序（scRNA-seq）、空間轉(zhuǎn)錄組（10x Genomics Xenium）、成像質(zhì)譜流式（IMC）、患者來(lái)源類器官（PDO）與中性粒細(xì)胞共培養(yǎng)、體內(nèi)動(dòng)物模型等多種技術(shù)，核心方法聚焦于“多模態(tài)單細(xì)胞解析”與“功能驗(yàn)證”。

在生物信息學(xué)方面，利用其自主研發(fā)的Shears工具，結(jié)合 NMF分析、軌跡分析（Slingshot）、細(xì)胞-細(xì)胞相互作用分析（LIANA+）、 Niche Compass細(xì)胞生態(tài)位等分析進(jìn)行。其流程圖核心邏輯：

文章詳解
1. 大規(guī)模CRC單細(xì)胞圖譜的構(gòu)建
整合48項(xiàng)研究、76個(gè)數(shù)據(jù)集，涵蓋650名患者、1670個(gè)樣本，共427萬(wàn)個(gè)細(xì)胞，注釋為12個(gè)粗細(xì)胞類型、61個(gè)主要細(xì)胞亞型，包括上皮細(xì)胞、免疫細(xì)胞、基質(zhì)細(xì)胞等。優(yōu)化BD Rhapsody測(cè)序方案，成功捕獲中性粒細(xì)胞等低mRNA含量細(xì)胞，補(bǔ)充了4個(gè)獨(dú)立隊(duì)列（266名患者）的單細(xì)胞數(shù)據(jù)、空間轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)（370萬(wàn)個(gè)細(xì)胞）及蛋白質(zhì)組數(shù)據(jù)（71.5萬(wàn)個(gè)細(xì)胞），形成多模態(tài)單細(xì)胞圖譜。

研究總體概念示意圖

2. TME單細(xì)胞水平解析與患者免疫表型分類
基于單細(xì)胞數(shù)據(jù)，驗(yàn)證了傳統(tǒng)CMS分型與TME分型的細(xì)胞組成特征，進(jìn)一步通過(guò) Leiden 聚類，將CRC分為4種免疫表型（ID、T、B、M），其中T細(xì)胞優(yōu)勢(shì)型患者M(jìn)SI比例更高，預(yù)后更優(yōu)；同時(shí)利用非負(fù)矩陣分解（NMF），識(shí)別出髓系細(xì)胞的共識(shí)基因表達(dá)程序，包括4個(gè)免疫調(diào)節(jié)程序（免疫抑制、炎癥反應(yīng)、B細(xì)胞/T細(xì)胞相互作用），揭示了髓系細(xì)胞在TME中的核心調(diào)控作用。

 基于腫瘤免疫表型的CRC患者分型

3. 基因型-免疫表型關(guān)聯(lián)分析
開發(fā)Shears生物信息學(xué)工具，關(guān)聯(lián)TCGA、AC-ICAM等隊(duì)列的bulk RNA-seq數(shù)據(jù)與單細(xì)胞圖譜，發(fā)現(xiàn)：B細(xì)胞、漿細(xì)胞、CD8+ T細(xì)胞等與CRC患者良好預(yù)后相關(guān)，中性粒細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞等與不良預(yù)后相關(guān)；MSI腫瘤比MSS腫瘤具有更豐富的免疫浸潤(rùn)；KRAS突變腫瘤中性粒細(xì)胞浸潤(rùn)增加，BRAF突變腫瘤中性粒細(xì)胞浸潤(rùn)減少。通過(guò)患者來(lái)源類器官與中性粒細(xì)胞共培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)，證實(shí)KRAS突變腫瘤可通過(guò)條件培養(yǎng)基誘導(dǎo)中性粒細(xì)胞向促腫瘤表型（TAN）極化，抑制CD8+ T細(xì)胞活化。

細(xì)胞組成、存活與基因型的關(guān)聯(lián)性

4. 中性粒細(xì)胞異質(zhì)性與表型可塑性
對(duì)30924個(gè)中性粒細(xì)胞進(jìn)行亞群分析，鑒定出3個(gè)血液中性粒細(xì)胞亞型（BN1-BN3）和4個(gè)腫瘤相關(guān)中性粒細(xì)胞亞型（TAN1-TAN4）；軌跡分析顯示，中性粒細(xì)胞從血液（BN1→BN3）遷移至腫瘤組織（TAN1）后，分化為兩種表型：TAN4（高表達(dá)IL1A/IL1B，促腫瘤）和TAN2/TAN3（高表達(dá)HLA-DRA，具有抗原呈遞功能，抗腫瘤）。HLA-DRA+ 中性粒細(xì)胞在腫瘤核心區(qū)高表達(dá)時(shí)，患者預(yù)后更好，其定位對(duì)腫瘤進(jìn)展具有重要調(diào)控作用。

結(jié)直腸癌中性粒細(xì)胞的特征

5. 中性粒細(xì)胞空間生態(tài)位解析
利用10x Genomics Xenium空間轉(zhuǎn)錄組技術(shù)（15名患者FFPE樣本），發(fā)現(xiàn)中性粒細(xì)胞在腫瘤核心區(qū)與侵襲邊緣呈簇狀分布，形成中性粒細(xì)胞富集的功能生態(tài)位；該生態(tài)位中，中性粒細(xì)胞高表達(dá)IL1B，成纖維細(xì)胞高表達(dá)CXCL5/CXCL3/CXCL1，通過(guò)IL-1信號(hào)與CXCR1/CXCR2信號(hào)實(shí)現(xiàn)中性粒細(xì)胞與成纖維細(xì)胞的相互作用，促進(jìn)腫瘤耐藥。成像質(zhì)譜流式（IMC）技術(shù)進(jìn)一步驗(yàn)證了中性粒細(xì)胞的空間簇狀分布特征。

空間單細(xì)胞多模態(tài)分析

6. 小鼠模型驗(yàn)證腫瘤-骨髓軸調(diào)控機(jī)制
構(gòu)建AKPS原位CRC小鼠模型（攜帶CRC四大驅(qū)動(dòng)突變），發(fā)現(xiàn)腫瘤可誘導(dǎo)血液中中性粒細(xì)胞數(shù)量增加，且中性粒細(xì)胞從骨髓→血液→腫瘤組織過(guò)程中，表型逐漸活化（Siglec-F、CD11b、PD-L1表達(dá)升高）；scRNA-seq分析顯示，腫瘤信號(hào)可調(diào)控骨髓中中性粒細(xì)胞前體的轉(zhuǎn)錄程序，使其提前成熟；抗Ly6G抗體治療可選擇性清除促腫瘤的Siglec-F+ 中性粒細(xì)胞，減少CD4+ PD-1+ 耗竭T細(xì)胞，改善TME。

結(jié)直腸癌小鼠原位器官移植模型中的中性粒細(xì)

7. 討論與結(jié)論
本研究構(gòu)建的大規(guī)模CRC多模態(tài)單細(xì)胞圖譜，不僅填補(bǔ)了中性粒細(xì)胞在CRC研究中的空白，更實(shí)現(xiàn)了CRC免疫表型的精準(zhǔn)分層，揭示了中性粒細(xì)胞在TME中的雙重功能與調(diào)控機(jī)制，為CRC免疫治療提供了多個(gè)全新靶點(diǎn)——HLA-DRA+ 中性粒細(xì)胞的抗原呈遞功能可用于增強(qiáng)抗腫瘤免疫，IL-1信號(hào)與Siglec-F+ 中性粒細(xì)胞可作為靶向治療的靶點(diǎn)，為MSS型CRC患者提供了新的治療方向。

未來(lái)，隨著研究的深入，有望進(jìn)一步優(yōu)化中性粒細(xì)胞靶向策略，結(jié)合免疫檢查點(diǎn)抑制劑，構(gòu)建“靶向髓系細(xì)胞+免疫激活”的聯(lián)合治療方案，突破CRC免疫治療的瓶頸。同時(shí)，本研究建立的多模態(tài)單細(xì)胞分析流程與Shears工具，也為其他實(shí)體瘤的TME研究提供了可借鑒的范式。

參考文獻(xiàn)：
【1】Marteau V, Nemati N, Handler K., et al.Single-cell integration and multi-modal profiling reveals phenotypes and spatial organization of neutrophils in colorectal cancer. Cancer Cell. 2026 Jan 12;44(1):146-165.e14. doi: 10.1016/j.ccell.2025.12.003.