單細胞結(jié)合Xenium多模態(tài)解析中性粒細胞異質(zhì)性與空間調(diào)控機制

近日，《Cancer Cell》（IF=44.5）發(fā)表了一項里程碑式研究，由Valentin Marteau團隊牽頭，整合427萬個單細胞、1670個樣本，構建了大規(guī)模CRC單細胞圖譜，首次系統(tǒng)解析了中性粒細胞在CRC腫瘤微環(huán)境（TME）中的異質(zhì)性、空間組織特征及調(diào)控機制，為CRC免疫治療提供了全新的靶點與思路。今天，我們就深度拆解這項研究，讀懂其核心價值與技術亮點。

核心研究方法
在實驗方面，本研究結(jié)合了單細胞測序（scRNA-seq）、空間轉(zhuǎn)錄組（10x Genomics Xenium）、成像質(zhì)譜流式（IMC）、患者來源類器官（PDO）與中性粒細胞共培養(yǎng)、體內(nèi)動物模型等多種技術，核心方法聚焦于“多模態(tài)單細胞解析”與“功能驗證”。

在生物信息學方面，利用其自主研發(fā)的Shears工具，結(jié)合 NMF分析、軌跡分析（Slingshot）、細胞-細胞相互作用分析（LIANA+）、 Niche Compass細胞生態(tài)位等分析進行。其流程圖核心邏輯：

文章詳解
大規(guī)模CRC單細胞圖譜的構建
整合48項研究、76個數(shù)據(jù)集，涵蓋650名患者、1670個樣本，共427萬個細胞，注釋為12個粗細胞類型、61個主要細胞亞型，包括上皮細胞、免疫細胞、基質(zhì)細胞等。優(yōu)化BD Rhapsody測序方案，成功捕獲中性粒細胞等低mRNA含量細胞，補充了4個獨立隊列（266名患者）的單細胞數(shù)據(jù)、空間轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)（370萬個細胞）及蛋白質(zhì)組數(shù)據(jù)（71.5萬個細胞），形成多模態(tài)單細胞圖譜。

研究總體概念示意圖

2. TME單細胞水平解析與患者免疫表型
基于單細胞數(shù)據(jù)，驗證了傳統(tǒng)CMS分型與TME分型的細胞組成特征，進一步通過 Leiden 聚類，將CRC分為4種免疫表型（ID、T、B、M），其中T細胞優(yōu)勢型患者MSI比例更高，預后更優(yōu)；同時利用非負矩陣分解（NMF），識別出髓系細胞的共識基因表達程序，包括4個免疫調(diào)節(jié)程序（免疫抑制、炎癥反應、B細胞/T細胞相互作用），揭示了髓系細胞在TME中的核心調(diào)控作用。

基于腫瘤免疫表型的CRC患者分型

3. 基因型-免疫表型關聯(lián)分析
開發(fā)Shears生物信息學工具，關聯(lián)TCGA、AC-ICAM等隊列的bulk RNA-seq數(shù)據(jù)與單細胞圖譜，發(fā)現(xiàn)：B細胞、漿細胞、CD8+ T細胞等與CRC患者良好預后相關，中性粒細胞、內(nèi)皮細胞等與不良預后相關；MSI腫瘤比MSS腫瘤具有更豐富的免疫浸潤；KRAS突變腫瘤中性粒細胞浸潤增加，BRAF突變腫瘤中性粒細胞浸潤減少。通過患者來源類器官與中性粒細胞共培養(yǎng)實驗，證實KRAS突變腫瘤可通過條件培養(yǎng)基誘導中性粒細胞向促腫瘤表型（TAN）極化，抑制CD8+ T細胞活化。

細胞組成、存活與基因型的關聯(lián)性

4. 中性粒細胞異質(zhì)性與表型可塑性
對30924個中性粒細胞進行亞群分析，鑒定出3個血液中性粒細胞亞型（BN1-BN3）和4個腫瘤相關中性粒細胞亞型（TAN1-TAN4）；軌跡分析顯示，中性粒細胞從血液（BN1→BN3）遷移至腫瘤組織（TAN1）后，分化為兩種表型：TAN4（高表達IL1A/IL1B，促腫瘤）和TAN2/TAN3（高表達HLA-DRA，具有抗原呈遞功能，抗腫瘤）。HLA-DRA+ 中性粒細胞在腫瘤核心區(qū)高表達時，患者預后更好，其定位對腫瘤進展具有重要調(diào)控作用。

結(jié)直腸癌中性粒細胞的特征

5. 中性粒細胞空間生態(tài)位解析
利用10x Genomics Xenium空間轉(zhuǎn)錄組技術（15名患者FFPE樣本），發(fā)現(xiàn)中性粒細胞在腫瘤核心區(qū)與侵襲邊緣呈簇狀分布，形成中性粒細胞富集的功能生態(tài)位；該生態(tài)位中，中性粒細胞高表達IL1B，成纖維細胞高表達CXCL5/CXCL3/CXCL1，通過IL-1信號與CXCR1/CXCR2信號實現(xiàn)中性粒細胞與成纖維細胞的相互作用，促進腫瘤耐藥。成像質(zhì)譜流式（IMC）技術進一步驗證了中性粒細胞的空間簇狀分布特征。

空間單細胞多模態(tài)分析

6. 小鼠模型驗證腫瘤-骨髓軸調(diào)控機制
構建AKPS原位CRC小鼠模型（攜帶CRC四大驅(qū)動突變），發(fā)現(xiàn)腫瘤可誘導血液中中性粒細胞數(shù)量增加，且中性粒細胞從骨髓→血液→腫瘤組織過程中，表型逐漸活化（Siglec-F、CD11b、PD-L1表達升高）；scRNA-seq分析顯示，腫瘤信號可調(diào)控骨髓中中性粒細胞前體的轉(zhuǎn)錄程序，使其提前成熟；抗Ly6G抗體治療可選擇性清除促腫瘤的Siglec-F+ 中性粒細胞，減少CD4+ PD-1+ 耗竭T細胞，改善TME。

結(jié)直腸癌小鼠原位器官移植模型中的中性粒細

7. 討論與結(jié)論
本研究構建的大規(guī)模CRC多模態(tài)單細胞圖譜，不僅填補了中性粒細胞在CRC研究中的空白，更實現(xiàn)了CRC免疫表型的精準分層，揭示了中性粒細胞在TME中的雙重功能與調(diào)控機制，為CRC免疫治療提供了多個全新靶點——HLA-DRA+ 中性粒細胞的抗原呈遞功能可用于增強抗腫瘤免疫，IL-1信號與Siglec-F+ 中性粒細胞可作為靶向治療的靶點，為MSS型CRC患者提供了新的治療方向。

未來，隨著研究的深入，有望進一步優(yōu)化中性粒細胞靶向策略，結(jié)合免疫檢查點抑制劑，構建“靶向髓系細胞+免疫激活”的聯(lián)合治療方案，突破CRC免疫治療的瓶頸。同時，本研究建立的多模態(tài)單細胞分析流程與Shears工具，也為其他實體瘤的TME研究提供了可借鑒的范式。

參考文獻：
【1】Marteau V, Nemati N, Handler K., et al.Single-cell integration and multi-modal profiling reveals phenotypes and spatial organization of neutrophils in colorectal cancer. Cancer Cell. 2026 Jan 12;44(1):146-165.e14. doi: 10.1016/j.ccell.2025.12.003.