基于T细胞开发的抑制剂药物，如PD-1抗体，在多种肿瘤治疗中取得良好疗效，然而在临床试验中，仍有部分患者无法获益，如基因组微卫星稳定（MSS）的结直肠癌病人。除T细胞外，靶向髓系免疫细胞，如肿瘤相关巨噬细胞（TAM）和树突状细胞（DC）的多项治疗策略已进入临床前试验。由于免疫系统是一个复杂且具有高度动态性的可调节系统，理解免疫系统中各种免疫细胞的状态及其与肿瘤细胞之间的相互作用机制可以为免疫治疗提供更加明确的指导。

2020年4月16日，北京大学张泽民课题组联合北京大学人民医院申占龙课题组及美国安进（Amgen）公司Jackson G. Egen、Yu Xin团队，在国际期刊Cell上以Article形式发表了题为Single-Cell Analyses Inform Mechanisms of Myeloid-Targeted Therapies in Colon Cancer的研究论文。该研究在单细胞水平对结直肠癌患者的肿瘤微环境，尤其是其中浸润的髓系细胞类群进行了系统性的刻画，分析了肿瘤相关巨噬细胞的类群特征、谱系发育及细胞间相互作用关系。基于以上结果，研究团队分别在接受anti-CSF1R和anti-CD40激动剂的小鼠模型中进行了单细胞测序，并揭示了这两种靶向髓系细胞的免疫治疗策略潜在的作用机理。

图 课题总体设计与免疫治疗作用机制

近年来，单细胞转录组测序技术为解析肿瘤微环境多样性提供了有力的武器，但在解析肿瘤免疫疗法的机制方面，相关的单细胞水平研究还很匮乏。为此，研究者首先结合了10x及Smart-seq2两种技术，对结直肠癌患者的肿瘤组织、癌旁正常组织及外周血中的CD45+免疫细胞及CD45-非免疫细胞进行了单细胞转录组测序，刻画了高分辨率的结直肠癌免疫图谱。研究发现结直肠癌内的肿瘤相关巨噬细胞可以被分为SPP1+ TAM和C1QC+ TAM两个具有不同发育来源、不同细胞功能及不同细胞间相互作用关系的细胞类群。其中，C1QC+ TAM与多种T细胞发生相互作用，发挥细胞吞噬和抗原呈递的功能；SPP1+ TAM则主要与成纤维细胞发生相互作用，发挥促血管生成及促进肿瘤转移的功能。

基于以上发现，研究者利用单细胞转录组技术手段又在小鼠模型中探究了anti-CSF1R阻断型抗体及anti-CD40激动剂的作用机制。研究发现，anti-CSF1R阻断型抗体会影响处在细胞周期中的巨噬细胞的增殖，其会特异性地删除掉一定比例的具有C1QC+ TAM特征的巨噬细胞，却不会对具有SPP1+ TAM特征的巨噬细胞起到作用。αCD40激动剂则可以通过激活DC细胞、促进Bhlhe40+ Th1细胞克隆增生以及增强Tem细胞在淋巴结和肿瘤间的迁移能力及Tem细胞与Trm细胞类群间的转换能力来发挥其免疫治疗作用。

此项国际领先的开创性工作，建立了结合肿瘤患者及小鼠模型的单细胞转录组来研究肿瘤免疫治疗的范例，可为人们研究肿瘤及其他疾病中的免疫细胞，理解靶向髓系细胞的免疫治疗策略，以及开发新的临床检测与治疗方案提供新的思路。北大-清华生命科学联合中心（CLS）博士后张雷博士，北京大学生命科学学院博士生李子逸、Amgen公司炎症与肿瘤部Katarzyna M. Skrzypczynska博士为该论文的并列第一作者，北京大学BIOPIC，生命科学学院， ICG和CLS张泽民教授、Amgen科学家Jackson G. Egen博士和Xin Yu博士以及北京大学人民医院胃肠外科申占龙教授为该论文的共同通讯作者。Amgen炎症与肿瘤免疫部负责人欧阳文军博士对此研究提供了宝贵建议。该研究得到国家重点研发计划，国家自然科学基金，ICG，CLS和Amgen的支持和资助。张雷博士得到北大-清华生命科学联合中心博士后基金的资助。

作者：北京大学BIOPIC、北大-清华生命科学联合中心