結(jié)直腸癌是一種胃腸道中常見的惡性腫瘤，也是世界范圍內(nèi)死亡率排名第四的癌癥。PD-1抗體已被批準(zhǔn)用于對部分結(jié)直腸癌患者的臨床治療中。由于免疫系統(tǒng)是一個復(fù)雜且具有高度動態(tài)性的可調(diào)節(jié)系統(tǒng)，理解免疫系統(tǒng)中各種免疫細(xì)胞的狀態(tài)及其與腫瘤細(xì)胞之間的相互作用機(jī)制可以為免疫治療提供更加明確的指導(dǎo)。單細(xì)胞測序便為以更高的分辨率解析腫瘤微環(huán)境提供了強(qiáng)有力的工具。

2020年4月16日，北京大學(xué)張澤民課題組聯(lián)合北京大學(xué)人民醫(yī)院申占龍課題組及美國安進(jìn)（Amgen）公司Jackson G. Egen、Yu Xin團(tuán)隊，在國際期刊Cell上以Article形式發(fā)表了題為Single-Cell Analyses Inform Mechanisms of Myeloid-Targeted Therapies in Colon Cancer的研究論文。該研究在單細(xì)胞水平對結(jié)直腸癌患者的腫瘤微環(huán)境，尤其是其中浸潤的髓系細(xì)胞類群進(jìn)行了系統(tǒng)性的刻畫，分析了腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞的類群特征、譜系發(fā)育及細(xì)胞間相互作用關(guān)系。基于以上結(jié)果，研究團(tuán)隊分別在接受anti-CSF1R和anti-CD40激動劑的小鼠模型中進(jìn)行了單細(xì)胞測序，并揭示了這兩種靶向髓系細(xì)胞的免疫治療策略潛在的作用機(jī)理。

圖 課題總體設(shè)計與免疫治療作用機(jī)制

研究者首先結(jié)合了10x及Smart-seq2兩種技術(shù)，對結(jié)直腸癌患者的腫瘤組織、癌旁正常組織及外周血中的CD45+免疫細(xì)胞及CD45-非免疫細(xì)胞進(jìn)行了單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測序，刻畫了高分辨率的結(jié)直腸癌免疫圖譜。研究發(fā)現(xiàn)結(jié)直腸癌內(nèi)的腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞可以被分為SPP1+ TAM和C1QC+TAM兩個具有不同發(fā)育來源、不同細(xì)胞功能及不同細(xì)胞間相互作用關(guān)系的細(xì)胞類群。其中，C1QC+ TAM與多種T細(xì)胞發(fā)生相互作用，發(fā)揮細(xì)胞吞噬和抗原呈遞的功能；SPP1+ TAM則主要與成纖維細(xì)胞發(fā)生相互作用，發(fā)揮促血管生成及促進(jìn)腫瘤轉(zhuǎn)移的功能。基于以上發(fā)現(xiàn)，研究者又通過單細(xì)胞手段在小鼠模型中探究了anti-CSF1R阻斷型抗體及anti-CD40激動劑的作用機(jī)制。研究發(fā)現(xiàn)，anti-CSF1R阻斷型抗體會影響處在細(xì)胞周期中的巨噬細(xì)胞的增殖，其會特異性地刪除掉一定比例的具有C1QC+ TAM特征的巨噬細(xì)胞，卻不會對具有SPP1+ TAM特征的巨噬細(xì)胞起到作用。Anti-CD40激動劑則可以通過激活DC細(xì)胞、促進(jìn)Bhlhe40+ Th1細(xì)胞克隆增生以及增強(qiáng)Tem細(xì)胞在淋巴結(jié)和腫瘤間的遷移能力及Tem細(xì)胞與Trm細(xì)胞類群間的轉(zhuǎn)換能力來發(fā)揮其免疫治療作用。

該工作對此前團(tuán)隊針對結(jié)直腸癌腫瘤浸潤T細(xì)胞的研究有很好的延續(xù)性和前瞻性。此前研究中發(fā)現(xiàn)MSI結(jié)直腸癌病人中會富集一群BHLHE40+Th1樣細(xì)胞，認(rèn)為可能是該類型患者免疫治療響應(yīng)更好的原因之一。而對于MSS病人的治療響應(yīng)仍缺乏認(rèn)識。在此項結(jié)合人鼠單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組的工作中，團(tuán)隊首次發(fā)現(xiàn)靶向DC的治療策略anti-CD40可以顯著地提高此類細(xì)胞的水平，為MSS病人的臨床治療策略提供一定的指導(dǎo)。而靶向TAM的藥物機(jī)制的研究，將大大有助于后續(xù)靶點的挖掘及新的治療策略的開發(fā)。

北京大學(xué)北大-清華生命科學(xué)聯(lián)合中心CLS博士后張雷博士，北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院博士生李子逸、Amgen公司炎癥與腫瘤部Katarzyna M. Skrzypczynska博士為該論文的并列第一作者，北京大學(xué)BIOPIC，生命科學(xué)學(xué)院， ICG和CLS張澤民教授、Amgen科學(xué)家Jackson G. Egen博士和Xin Yu博士以及北京大學(xué)人民醫(yī)院胃腸外科申占龍教授為該論文的共同通訊作者。Amgen炎癥與腫瘤免疫部負(fù)責(zé)人歐陽文軍博士對此研究提供了寶貴建議。該研究得到國家重點研發(fā)計劃，國家自然科學(xué)基金，ICG和Amgen的支持和資助。