诺禾致源合作伙伴，来自成都中医药大学的由凤鸣、郑川教授研究团队连续发表多篇高质量文章，其中包括在国际肿瘤顶级期刊Molecular Cancer（IF=27.7）上发表的题为“Singlecell RNA sequencing reveals immune microenvironment niche transitions during the invasive and metastatic processes of groundglass nodules and partsolid nodules in lung adenocarcinoma“的研究文章。

研究背景

肺腺癌（LUAD）在影像学层面具有不同的典型性表型——磨玻璃结节（GGN）和部分实性结节（PSN），不同的影像学表型显示其在临床表现、生物学特征和预后方面存在显著异质性。目前的临床管理（如手术时机）缺乏精准的分子依据，约20-30%的PSNs会进展为侵袭性癌，但驱动这一过程的免疫机制尚不明确，该研究通过单细胞RNA测序（scRNA-seq），首次系统解析了这两种结节在侵袭和转移过程中免疫微环境（TME）的动态演变，为早期干预提供了全新靶点！本研究中单细胞测序部分服务由诺禾致源提供。

研究思路

研究人员对来自8例GGN-LUAD肿瘤组织、7例PSN-LUAD肿瘤组织以及4例癌旁组织进行了scRNA-seq，这些病例涵盖了微浸润腺癌（MIA）、浸润性腺癌（IAC）及转移性肺癌（MLC）的不同疾病阶段。并利用免疫组织化学、多重免疫荧光技术，结合scRNA-seq数据，验证了特征性基因的表达情况，以及CXCL9+肿瘤相关巨噬细胞（TAMs）和TREM2+TAMs的分布特征。此外，采用基因编辑、类器官培养及原位移植技术构建了LUAD小鼠模型，并通过组织病理学检查、RNA测序及Western blotting等综合性分析手段，对关键信号通路进行了验证。

关键结果

1. 构建GGN-LUAD、PSN-LUAD细胞图谱

图1 细胞图谱

scRNA-seq共得到188,594个细胞，聚类为12个cluster，分别是T细胞、上皮细胞、B细胞、内皮细胞、巨噬细胞、树突状细胞、成纤维细胞、肥大细胞、中性粒细胞、浆细胞、淋巴内皮细胞和平滑肌细胞。细胞类型组成的异质性分析发现，与NC组不同，PSN-和GGN-LUAD组富集T细胞和B细胞，髓系细胞浸润减少。此外，随着GGN-和PSN-LUAD在侵袭和转移过程中发生变化，表明不同肿瘤进程中细胞组成的变化可能与疾病进展机制相关。

2. 内皮细胞在PSN-和GGN-LUAD侵袭和转移过程中协调血管生成

图2 上皮、内皮细胞异质性分析

与正常组织相比，两组LUAD的TME中内皮细胞比例均显著降低。进一步将内皮细胞群细分为6个亚群，发现尖端细胞在所有肿瘤样本中的比例均高于正常样本，并随疾病进展而逐渐提升占比，分化能力更强，且PSN-LUAD样本中的比例高于GGN-LUAD样本，可能是PSN-LUAD临床侵袭和转移更快的潜在机制之一。

3. 髓系细胞分析揭示由CXCL9+TAMs和TREM2+TAMs驱动的免疫微环境生态位转变

GPSN-LUAD组不同疾病阶段的TREM2+TAMs比例高于GGN-LUAD组，而CXCL9+TAMs低于GGN-LUAD组。此外CXCL9+TAMs在LUAD-MLC阶段均显著减少。多重免疫荧光验证了GGN-和PSN-LUAD中TREM2+ 和CXCL9+TAMs的分布模式，表明两者之间存在潜在的拮抗关系。

4.  细胞互作分析揭示GGN-和PSN-LUAD肿瘤侵袭和转移模式差异

图4 细胞互作分析

在侵袭阶段（MIA至IAC），CXCL9+TAMs与CD8+组织驻留记忆T细胞之间的相互作用显著增强。而PSN-LUAD在MLC阶段则表现出TREM2+TAMs与肿瘤细胞间更为紧密的相互作用。

5.  通路富集分析揭示IFN-γ/STAT1信号通路在LUAD发生发展中的关键作用

图5 通路富集分析图

图6 肺腺癌（LUAD）小鼠模型构建及验证

在GGN-LUAD与PSN-LUAD的转分化过程中，IFN-γ能够激活STAT1信号通路，从而调控CXCL9+TAMs的活化，并通过MHC I类抗原呈递进一步招募CD8+Trm细胞并激活T细胞。动物实验进一步证实了IFN-γ/STAT1通路在LUAD发生与发展中的关键作用。

总结

图7 分子机制图谱

该研究证实了GGN-和PSN-LUAD的细胞组成和免疫应答存在显著异质性，并进一步揭示了CXCL9 + TAMs和TREM2 + TAMs及其调控基因在LUAD不同发展阶段的富集差异和相互作用模式。IFN-γ通过激活STAT1信号和调节CXCL9 + TAMs与CD8 + Trm之间的相互作用，影响GGN-和PSN-LUAD的侵袭和转移。此研究成果为通过调节CXCL9+TAMs与TREM2+TAMs的相对比例及功能状态，以维持TME内的动态平衡并提升免疫治疗效果提供了潜在的治疗策略。

研究亮点

1.技术创新：首个针对GGNs/PSNs的单细胞免疫图谱，填补早期LUAD微环境研究的空白。

2.理论突破：提出“免疫微环境 niche transitions”是侵袭转移的关键节点。

3.临床意义：为“精准观察 vs. 手术干预”的临床决策提供分子依据。

延伸思考

AI整合：结合放射组学（Radiomics）和单细胞数据，预测结节恶性潜力。

跨界启示：类似的免疫微环境“niche transitions”是否存在于其他癌种（如乳腺癌DCIS）？

原文链接：https://doi.org/10.1186/s12943-024-02177-7