在惡性腫瘤中，肺癌在全球發(fā)病率和死亡率位居前列，特別是非小細(xì)胞肺癌（NSCLC），占比高，且存在高度侵襲性、異質(zhì)性，而且組織學(xué)亞型復(fù)雜和突變特征明顯。

腫瘤微環(huán)境的異質(zhì)性在單細(xì)胞RNA測序（scRNA-seq）技術(shù)的進步下，也逐漸被解剖。但是單細(xì)胞RNA測序（scRNA-seq）存在樣本量有限，缺乏基因組數(shù)據(jù)和長期隨訪數(shù)據(jù)，因此在分析腫瘤微環(huán)境生物的異質(zhì)性、藥物耐藥性等方面較為片面。

在NSCLC腫瘤微環(huán)境中，白細(xì)胞是重要的細(xì)胞類型，根據(jù)往期實驗數(shù)據(jù)得出：中性粒細(xì)胞在瘤內(nèi)駐留白細(xì)胞中占比8%-20%。但是，單細(xì)胞RNA測序（scRNA-seq）在中性粒細(xì)胞方面的研究較少，因此，加強NSCLC 腫瘤微環(huán)境中中性粒細(xì)胞的研究，意義重大。

最近，奧地利因斯布魯克醫(yī)科大學(xué)的Zlatko Trajanoski和Andreas Pircher研究團隊在Cancer Cell發(fā)表題為《High-resolution single-cell atlas reveals diversity and plasticity of tissue-resident neutrophils in non-small cell lung cancer》的論文，研究發(fā)現(xiàn)：中性粒細(xì)胞（TRNs）亞群在NSCLC的腫瘤微環(huán)境中具有不同的功能特性，尤其是，TRNs的基因標(biāo)記與免疫檢查點抑制劑治療的不良預(yù)后相關(guān)。

論文首頁截圖

該研究團隊根據(jù)公開的scRNA-seq數(shù)據(jù)集，對比自己團隊的NSCLC數(shù)據(jù)集（UKIM-V），根據(jù)大數(shù)據(jù)，進行全面的分析，整合出一個全新的NSCLC單細(xì)胞核心圖譜。在該圖譜中，轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)為298名(212名NSCLC患者,86名對照者),腫瘤樣本數(shù)據(jù)為364個（196個腫瘤樣本，168個非腫瘤）。在212名NSCLC患者中，肺腺癌（LUAD）為156人，占比73.6%；肺鱗狀細(xì)胞癌（LUSC）為41人，占比19.3%。

根據(jù)NSCLC核心圖譜的研究結(jié)果跟流式細(xì)胞分析數(shù)據(jù)一致,說明：中性粒細(xì)胞群僅占所有細(xì)胞的1.5%，但是圖譜里78%的中性粒細(xì)胞來自UKIM-V數(shù)據(jù)集，其中中性粒細(xì)胞分別占UKIM-V所有細(xì)胞的12%和所有白細(xì)胞的18%。中性粒細(xì)胞表達(dá)的mRNA分子量極低，發(fā)現(xiàn)是由于其半衰期較短，僅為7-10小時。對比多種測序結(jié)果發(fā)現(xiàn)，BD Rhapsody平臺捕獲的mRNA分子數(shù)量要豐富得多，因此可能更適合檢測低mRNA含量的細(xì)胞。

結(jié)合上述結(jié)果，該研究團隊利用BD Rhapsody平臺測序的UKIM-V隊列數(shù)據(jù)和中性粒細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄組特征進行進一步研究，發(fā)現(xiàn)：LUSC中中性粒細(xì)胞比例明顯較高，而LUAD中巨噬細(xì)胞、CD4 T細(xì)胞、2型肺泡細(xì)胞、過渡型棒狀細(xì)胞/2型肺泡細(xì)胞（transitional club/AT2）更為豐富。

研究的總體流程和細(xì)胞類型

 根據(jù)患者腫瘤微環(huán)境浸潤模式，該研究團隊將NSCLC患者分為了四個類別：免疫荒漠型、B細(xì)胞優(yōu)勢型、髓系細(xì)胞優(yōu)勢型、T細(xì)胞優(yōu)勢型。其中，免疫荒漠型沒有明顯的免疫細(xì)胞浸潤，但腫瘤細(xì)胞比例高；B細(xì)胞優(yōu)勢型主要為B細(xì)胞、漿細(xì)胞和肥大細(xì)胞；髓系細(xì)胞優(yōu)勢型主要為巨噬細(xì)胞和單核細(xì)胞；T細(xì)胞優(yōu)勢型主要為CD8 T細(xì)胞、CD4 T細(xì)胞和調(diào)節(jié)性T細(xì)胞。不同免疫表型也表現(xiàn)出具有差異性的細(xì)胞因子信號特征。

不同腫瘤免疫表型的細(xì)胞因子信號特征

 根據(jù)早期的研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，LUAD以炎癥狀態(tài)為主，LUSC傷口愈合狀態(tài)為主。根據(jù)細(xì)胞-細(xì)胞通信網(wǎng)絡(luò)的差異，該研究團隊進一步實驗發(fā)現(xiàn)：LUAD以KDR（VEGFR2，血管內(nèi)皮細(xì)胞生長因子受體2）-VEGFA（血管內(nèi)皮生長因子A）通信上調(diào)為特征，通過促進血管生成，開啟免疫抑制信號，而LUSC則以SPP1（分泌型磷蛋白1）和JAG-NOTCH信號通路上調(diào)為主要特征，前者促進腫瘤轉(zhuǎn)移，后者通過募集中性粒細(xì)胞調(diào)節(jié)腫瘤免疫微環(huán)境。

細(xì)胞互作分析

 根據(jù)TCGA隊列數(shù)據(jù)的分析，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)錄組與生存數(shù)據(jù)之間的關(guān)系：腫瘤B細(xì)胞的富集度與NSCLC患者的良好預(yù)后成正相關(guān)，而中性粒細(xì)胞則呈負(fù)相關(guān)；而CD8 T細(xì)胞亞型的分析顯示，幼稚CD8 T細(xì)胞與良好預(yù)后呈正相關(guān)。

TCGA數(shù)據(jù)中細(xì)胞組成和生存率的關(guān)系

  根據(jù)對NSCLC中TRNs的異質(zhì)性細(xì)胞亞群的鑒定發(fā)現(xiàn)：腫瘤相關(guān)中性粒細(xì)胞（TANs）和鄰近正常組織相關(guān)中性粒細(xì)胞（NANs）的表達(dá)譜特征不同，且中性粒細(xì)胞是腫瘤微環(huán)境中VEGFA的主要來源，印證了TRNs重要的促血管生成作用。

同時該研究團隊還發(fā)現(xiàn)：TANs中凝集素型氧化低密度脂蛋白受體1（LOX-1）表達(dá)升高，腫瘤組織中存在較多的LOX-1+細(xì)胞浸潤，但在匹配的相鄰的正常肺組織中未發(fā)現(xiàn)LOX-1+細(xì)胞浸潤，說明LOX-1可能是一種特異性的TANs標(biāo)記物。

為了深入解析TRNs不同亞群的異質(zhì)性，研究團隊繼續(xù)對圖譜中TRNs進行聚類分析，鑒定出了4個TAN亞群和3個NAN亞群。

值得注意的是，TAN-2亞群CD274（PD-L1）/PDCD1（PD-1）信號通路顯著上調(diào)，提示了TAN對CD8 T細(xì)胞的免疫抑制作用，這與過去報道的中性粒細(xì)胞的富集與抗PD-1/PD-L1治療無應(yīng)答有關(guān)的結(jié)果一致。

為了確定TRNs在NSCLC患者中的預(yù)后價值，研究團隊分析NSCLC患者治療前腫瘤的RNA-seq數(shù)據(jù)，這些患者經(jīng)歷了抗PD-L1抗體或化療藥單藥治療。結(jié)果顯示，TRN基因標(biāo)記與抗PD-L1治療應(yīng)答和生存預(yù)后呈明顯負(fù)相關(guān)（p=0.003），但在化療組中并不顯著。

TRN基因標(biāo)記與免疫治療應(yīng)答和預(yù)后的關(guān)

  綜上所述，這個研究從單細(xì)胞層面全面剖析了NSCLC腫瘤微環(huán)境，一方面，分析了中性粒細(xì)胞群對腫瘤微環(huán)境中具有不同功能特性的TRNs亞群進行深入表征，另外一方面，彌補了基因組數(shù)據(jù)以及長期隨訪數(shù)據(jù)，揭示了中性粒細(xì)胞與免疫治療抵抗和不良生存結(jié)局的關(guān)聯(lián)，為后續(xù)開發(fā)中性粒細(xì)胞耗竭劑奠定了基礎(chǔ)。

北京百奧創(chuàng)新科技有限公司提供肺癌細(xì)胞助力非小細(xì)胞肺癌的研究，為后續(xù)開發(fā)中性粒細(xì)胞耗竭劑助力。