根据世界卫生组织国际癌症研究机构（IARC）近日发布的2020年全球最新癌症数据，中国已经成为了名副其实的“癌症大国”。发病前五位的恶性肿瘤为肺癌、结直肠癌、甲状腺癌、肝癌、胃癌，且男女不同癌症发病率有所差异。单细胞（核）转录组学有助于深入到单个细胞层面，揭示肿瘤的复杂性和异质性，为癌症的诊断、治疗和预后提供了前所未有的视角。

图1 中国全癌种发病人数（万人，图1左）及中国男女性前十位恶性肿瘤发病率及顺位（图1右）

肿瘤微环境构成

肿瘤微环境（TME）是一个复杂的生态系统，它包括多种细胞类型，这些细胞共同影响着肿瘤的发展和对治疗的响应。肿瘤中主要包括肿瘤细胞、炎性/免疫细胞、血管内皮细胞、成纤维细胞及脂肪细胞等。若只关注肿瘤中的免疫细胞，建议流式或磁珠进行细胞分选，以下是构成肿瘤微环境的主要细胞类型图示：

图2 肿瘤微环境细胞组成

肿瘤单细胞转录组相关文献摘录

免疫疗法可提高高级别浆液性卵巢癌（HGSOC）对化疗的反应

Immunotherapy that improves response to chemotherapy in high-grade serous ovarian cancer

期刊：Nature Communication 影响因子：14.74

实验方案：单细胞转录组、单细胞免疫组库（TCR和BCR）测序，流式细胞术，免疫组化，T细胞分离和激活，吞噬实验（Phagocytosis assay），蛋白质芯片分析，小鼠模型建立及化疗药物和免疫治疗药物小鼠实验。

单细胞样本信息：3例HGSOC人患者肿瘤及4例辅助性化学治疗（NACT）后患者肿瘤；3例HGS2小鼠肿瘤模型（HGS2细胞系来自C57/Bl6小鼠）肿瘤及3例经过三次卡铂和紫杉醇治疗的治疗后小鼠肿瘤。以上样本均进行单细胞转录组和单细胞免疫组库测序。

研究背景：卵巢高级别浆液性癌是卵巢浆液性癌恶性度最高的亚型，其体细胞拷贝数变异高、肿瘤内异质性大。HGSOC患者对基于铂类药物的化疗反应不一。之前已报道新辅助化疗（NACT）对HGSOC中免疫细胞的影响，包括T细胞和B细胞潜在免疫刺激效应，以及肿瘤相关巨噬细胞（TAMs）的减少。鉴于巨噬细胞在不同人类肿瘤中的复杂性，需要更多化疗对肿瘤相关巨噬细胞影响信息，来识别和鉴定新的髓系细胞靶标。

研究目的：分析HGSOC患者网膜样本中的肿瘤浸润免疫细胞，以揭示可能增强对新辅助化疗（NACT）反应的潜在靶标。

研究结果：利用单细胞测序分析了64,097个细胞，发现NACT治疗后巨噬细胞上stabilin-1（STAB1）和Tregs中的FOXP3表达增加，这在蛋白水平上得到了证实。体外抑制STAB1可以诱导抗肿瘤巨噬细胞，而FOXP3反义寡核苷酸（FOXP3-ASO）可以将Tregs再次极化为效应T细胞表型。研究还发现NACT显著增加了FOXP3和ISG基因的表达。结合化疗与STAB1抗体和/或Foxp3-ASO治疗显著增加了两株HGSOC同种模型小鼠已建立腹膜病变的生存率。STAB1抗体的使用使小鼠肿瘤富含CXCL9+巨噬细胞，而Foxp3-ASO增加了TBET细胞浸润。在HGSOC同种型小鼠模型中分析了69,781个细胞，复现了人单细胞测序分析结果。这些结果均表明，靶向免疫细胞中的这些分子可能改善患者对化疗的反应。

经典霍奇金淋巴瘤特异性的先天和适应性免疫重编程导致对PD-1阻断的抵抗

Cancer-specific innate and adaptive immune rewiring drives resistance to PD-1 blockade in classic Hodgkin lymphoma

期刊：Nature Communication 影响因子：14.74

实验方案：单细胞转录组，单细胞免疫组库，RNAscope多重荧光检测，免疫组化，多重免疫荧光。

单细胞样本信息：20名接受单药PD-1阻断治疗（nivolumab）的复发/难治性经典霍奇金淋巴瘤（R/R cHL）患者第1周期第1天[C1D1]和治疗中的第4周期第1天[C4D1]分别获取血液PBMC。11名新诊断的、之前未接受过治疗的经典霍奇金淋巴瘤患者以及13名健康对照者中获取了外周血单核细胞（PBMCs）。其中CD3+阳选细胞做单细胞转录组和单细胞TCR，CD3-细胞做单细胞TCR测序。

研究背景：经典霍奇金淋巴瘤（cHL）中的HRS细胞通常引发无效的免疫反应。然而，cHL患者对PD-1阻断疗法的反应率很高，这主要依赖于HRS细胞特异性保留的MHC II类分子和一些 CD4+ T细胞及其他MHC I类独立的免疫效应细胞。尽管已有研究表明免疫微环境在cHL中的重要性，但对其在PD-1阻断反应中的具体作用仍不清楚。

研究目的：本研究旨在通过单细胞RNA测序和空间蛋白分析，定义cHL患者对PD-1阻断反应的免疫循环和免疫微环境特征，探讨CD4+ T细胞、B细胞和IL1β+单核细胞在PD-1阻断反应中的互作及其作用。

研究结果：与非应答者相比，响应PD-1阻断的患者具有更多的循环CD4+初始和中心记忆T细胞及B细胞，且其CD4+ T细胞和B细胞受体库的多样性更高。在cHL患者中检测到的循环和肿瘤浸润的IL1β+单核细胞与对PD-1阻断的耐药性相关，显示出其在肿瘤促进中的作用。cHL患者的循环免疫特征与健康人显著不同，表明免疫微环境的重编程在PD-1阻断反应中起重要作用。

特殊癌细胞群的分离或能促进癌症转移或抗肿瘤炎症发生

Two distinct epithelial-to-mesenchymal transition programs control invasion and inflammation in segregated tumor cell populations

期刊：Nature Cancer 影响因子：23.53

实验方案：细胞培养和EMT诱导，3D胶原蛋白基质培养，单细胞RNA测序（scRNA-seq），基因敲除和敲降实验，动物模型（肾纤维化模型和乳腺癌模型），蛋白质组学，免疫荧光和免疫组化，流式细胞术。

单细胞样本方案：1例sham和1例单侧(左侧)输尿管梗阻(UUO)模型小鼠肾脏；3例MMTV-PyMT小鼠模型（乳腺癌）的肿瘤组织。

研究背景：上皮-间充质转化（Epithelial-to-Mesenchymal Transition，EMT）是一种细胞状态转变过程，它在胚胎发育、成人损伤组织修复以及癌症进展中触发细胞可塑性，与肿瘤细胞的侵袭和转移密切相关。研究者们发现，癌症细胞在激活EMT后，可以分化为两种不同的细胞轨迹，分别驱动肿瘤的侵袭或炎症反应。

研究目的：本研究旨在揭示EMT在肿瘤内异质性中的作用，识别和理解控制肿瘤细胞侵袭和炎症反应的两种不同的EMT程序。

研究结果：在癌症细胞中，激活胚胎样或成熟样EMT后，细胞会分化为两种不同的轨迹，分别控制侵袭和炎症。SNAIL1在两种EMT轨迹中都作为先锋因子，而PRRX1推动胚胎样侵袭轨迹的进展。这两种轨迹是可塑的且相互依赖的，例如，通过删除PRRX1阻断侵袭轨迹不仅可以阻止转移，还可以增强炎症反应，增加抗肿瘤巨噬细胞的招募。研究结果揭示了EMT在肿瘤细胞异质性和功能分布中的额外作用。

参考文献

[1] Piñeiro Fernández, Julián, et al. "Hepatic tumor microenvironments and effects on NK cell phenotype and function." International journal of molecular sciences 20.17 (2019): 4131.

[2] Paczkowska, Julia, et al. "Cancer-specific innate and adaptive immune rewiring drives resistance to PD-1 blockade in classic Hodgkin lymphoma." Nature Communications 15.1 (2024): 10740.

[3] Youssef, Khalil Kass, et al. "Two distinct epithelial-to-mesenchymal transition programs control invasion and inflammation in segregated tumor cell populations." Nature Cancer (2024): 1-21.