影響因子：13

研究概述：癌細胞內(nèi)在因素與腫瘤微環(huán)境（TME）之間的復雜相互作用決定了癌癥的預后镰惦、進展和治療效果。腫瘤相關(guān)巨噬細胞（TAMs）是這一環(huán)境中高度多樣化且復制的組成部分犬绒，就像它們在身體中的功能多樣性一樣旺入，不論是在大腦中的小膠質(zhì)細胞、肝臟中的Kupffer細胞還是皮膚上皮中的朗格漢斯細胞凯力，它們在腫瘤的異質(zhì)結(jié)構(gòu)中也發(fā)揮著多種功能茵瘾。具體而言，研究表明咐鹤，TAMs能夠促進癌細胞向周圍組織的侵襲拗秘、腫瘤的血管化、癌細胞進入腫瘤血管祈惶、癌細胞從循環(huán)系統(tǒng)中滲出到肺等轉(zhuǎn)移部位以及抑制抗腫瘤免疫反應雕旨。巨噬細胞可分為M1/M2，其中M1巨噬細胞與炎癥功能相關(guān)捧请，M2巨噬細胞與抗炎特性相關(guān)凡涩。隨著研究的發(fā)展，巨噬細胞在TME中的角色范式也從簡單的M1/M2分類轉(zhuǎn)變?yōu)榉从称淙抗δ芏鄻有缘母鼜碗s模型疹蛉。本篇文章活箕，作者對TAM多樣性進行了大規(guī)模且深入探究（17種人類腫瘤類型中的多個巨噬細胞亞群），并對其特定標志物和途徑進行了廣泛分析可款。作者將TAM亞群與各種腫瘤基因組/表型特征相關(guān)聯(lián)育韩，顯示了不同亞群預測腫瘤對檢查點抑制劑的反應。具體結(jié)果如下：

研究結(jié)果：

構(gòu)建大規(guī)模的泛癌癥巨噬細胞圖譜

作者選擇了17種癌癥類型的32項研究筑舅，并使用標準的單細胞RNA測序管道對其進行處理（圖a-b）座慰。這些數(shù)據(jù)集包括363,315個TAMs，其中279,104個細胞來自腫瘤組織翠拣，74,982個細胞來自鄰近正常組織版仔，9,229個細胞來自其他部位（如血液、淋巴結(jié)；圖c）蛮粮。在這些腫瘤細胞中益缎，73.8%來自原發(fā)腫瘤組織，18.5%來自轉(zhuǎn)移瘤（圖d）然想。肺癌在圖譜中擁有最多的細胞莺奔，其次是透明細胞腎細胞癌（ccRCC）和多形性膠質(zhì)母細胞瘤（GBM）腫瘤（圖e）。

TAM譜系具有多樣性和復雜性

上文提及变泄，一直以來關(guān)于TAM分類聚焦于M1/M2令哟，但本篇研究作者聚焦了更多的TAM表型和功能。作者使用Louvain算法妨蛹，將細胞反復分組屏富，最終形成了23個簇（圖a），并通過層次聚類進一步探討了簇間關(guān)系（圖b）蛙卤。為了驗證這一聚類方法狠半，作者將已知TAM的marker映射到23個簇中（圖2c）。此外颤难，鑒于數(shù)據(jù)集的龐大神年，作者在23個簇中識別出罕見且之前未被識別的亞群。例如行嗤，在23個簇中已日，第0簇是最大的簇（總共有38,071個細胞），代表著肺泡巨噬細胞而高表達的肺泡巨噬細胞標記FABP4栅屏、MCEMP1和CD52（圖c）捂敌。第1簇具有免疫調(diào)節(jié)功能，上調(diào)了硒運輸?shù)鞍譙ELENOP（與M2巨噬細胞極化相關(guān)）既琴、鐵運輸?shù)鞍譙LC40A1（其高表達已被證明能促進TAM的M2極化）占婉，以及其他M2相關(guān)基因如PLTP、F13A1和FUCA2甫恩。第21簇的TAM表達SLC40A1和SELENOP逆济，還高度上調(diào)了CD163和HMOX1，這些是血紅素清除巨噬細胞的marker（圖c）磺箕。

第2奖慌、6、7松靡、8简僧、10和17簇與炎癥相關(guān)。例如雕欺，第2簇上調(diào)了C3（調(diào)理作用和吞噬作用）岛马，PLD4（與M1極化相關(guān)）棉姐，以及MHC II類分子亞單位HLA-DPA1和HLA-DPB1。第6簇上調(diào)了CCL20（促進癌細胞遷移）啦逆，CXCL3（促進胰腺癌轉(zhuǎn)移）伞矩、促炎細胞因子IL1B，以及其他趨化因子CXCL2和CXCL8夏志。類似地乃坤，第7簇與細胞因子相關(guān)，包括CCL2沟蔑、CCL8湿诊、CCL4L2、CCL3L3和SPP1（已被證明能在肺腺癌中促進M2極化瘦材，以及與血管生成相關(guān)）枫吧。第8簇的上調(diào)基因包括CXCL9、CXCL10和MMP9以及干擾素誘導基因VAMP5宇色。第17簇的TAM也顯示出干擾素誘導的表型，其最高的上調(diào)基因為ISG15颁湖，以及趨化因子CXCL10和CCL8宣蠕。第10簇的TAM上調(diào)了多種細胞因子，包括CCL3L3甥捺、CCL4L2抢蚀、CXCL8、IL1B镰禾、TNF皿曲、CCL4和CCL3（圖c, d）。

由于部分TAM具有免疫抑制功能吴侦，對TAM的治療靶向研究也具有很大的臨床應用價值屋休。在本研究中，第3簇在大多數(shù)癌癥類型中都有發(fā)現(xiàn)备韧，而且出現(xiàn)了已知與黑色素瘤免疫治療耐藥相關(guān)的基因簽名劫樟，包括高表達的SPP1、RNASE1织堂、NUPR1和TREM2叠艳。其中TREM2是一個比較重要的基因，包括在阿爾茨海默病中維持小膠質(zhì)細胞的健康易阳，在脂質(zhì)相關(guān)TAM中也有報道附较。而之前的實驗數(shù)據(jù)也顯示，抑制TREM2可以增強免疫治療反應并抑制腫瘤生長潦俺。像第3簇一樣拒课，第4簇的TAM也上調(diào)了TREM2徐勃，但相反，它們還上調(diào)了APOE（一種脂肪酸代謝基因捕发，與乳腺癌中的巨噬細胞亞群相關(guān)疏旨，以及是肺癌進展的潛在預后生物標志物）。當APOE被抑制時扎酷，可以促進M2極化的TAM向M1狀態(tài)的轉(zhuǎn)化檐涝，并增強肝細胞癌中的抗PD1免疫治療。第5簇的TAM通過上調(diào)與細胞周期和DNA復制相關(guān)的基因來表現(xiàn)出增殖特性法挨，包括上調(diào)H4C3（組蛋白成分）谁榜、TOP2A（DNA拓撲異構(gòu)酶）、一些與細胞周期相關(guān)的基因包括CDK1凡纳、CDKN3和CKS1B窃植，以及CENPF（著絲粒成分）、STMN1（參與細胞骨架）和唯一上調(diào)的增殖標志物MKI67（圖c, d）荐糜。

對于某些鑒定出的TAM簇巷怜，它們在腫瘤發(fā)展和生長中的功能尚不清楚。例如暴氏，第11簇的TAM上調(diào)了金屬硫蛋白MT1G延塑、MT1X、MT2A答渔、MT1E关带、MT1H、MT1F和MT1M沼撕。第13簇的TAM上調(diào)了FN1（可影響胰腺癌對化療的反應和在頭頸部腫瘤中的M2極化）宋雏，以及鈣結(jié)合蛋白S100A6、S100A10务豺、S100A4（證明可促進炎癥和轉(zhuǎn)移磨总，通常在應激反應中釋放）。第15簇的TAM特征在于上調(diào)LYZ笼沥，一種靶向細菌細胞壁肽聚糖成分的抗菌酶舍败，也被認為具有抗炎作用。第16簇的TAM上調(diào)了MMP9敬拓，這是一種參與細胞外基質(zhì)分解的基質(zhì)金屬蛋白酶邻薯，并且是乳腺癌的預后因素。

腫瘤內(nèi)在和環(huán)境因素共同塑造巨噬細胞表型

在上文對每個巨噬細胞簇進行了詳細表征乘凸，分析其差異表達的基因和通路之后厕诡，作者開始研究不同條件下樣本中TAM組成的差異（腫瘤的組織部位杠氢、組織學涮坐、基因型或分子亞型）。作者在比較CRC（原發(fā)/轉(zhuǎn)移結(jié)直腸癌）和LIHC（肝細胞癌）時，檢測到三種條件下五個TAM簇的比例存在顯著差異预柒。其中最顯著的差異是第18簇的比例官还，在CRC原發(fā)腫瘤和肝轉(zhuǎn)移中顯著增加毯焕，但在原發(fā)肝腫瘤中相對減少（圖a, b）矫废，表明CRC癌細胞內(nèi)在的基因型或表型因素可能對TAM亞群有影響。此外绪穆，第6簇在LIHC和CRC肝轉(zhuǎn)移中顯著增加辨泳，但在原發(fā)CRC中減少（圖a）。黑色素瘤（原發(fā)或轉(zhuǎn)移）和GBM（膠質(zhì)母細胞瘤）的比較也顯示出多個巨噬細胞亞群比例的顯著差異（圖c, d）玖院。例如菠红，最顯著的是第12簇，其最高差異表達基因是已知的黑色素細胞分化因子LRMDA难菌，在黑色素瘤腦轉(zhuǎn)移中相對于原發(fā)黑色素瘤和原發(fā)膠質(zhì)母細胞瘤顯著富集（圖c, d）试溯，表明這種腫瘤基因型與周圍腦組織之間的相互作用。此外郊酒，第2簇在原發(fā)黑色素瘤和原發(fā)膠質(zhì)母細胞瘤中顯著富集遇绞，而在黑色素瘤腦轉(zhuǎn)移中則較少（圖c, d）。在組織學和分子亞型方面燎窘，作者還測試了肺腺癌（LUAD）和肺鱗狀細胞癌（LUSC）之間以及不同受體狀態(tài)（如HR+摹闽、HER2+、HR+/HER2+和三陰性乳腺癌）乳腺癌之間的巨噬細胞組成差異荠耽。分析顯示，第6比藻、16簇在LUSC中比例顯著較高铝量，而15簇LUAD中比例顯著較高。此外银亲，三陰性乳腺癌中的第14簇比例顯著高于HR+/HER2+乳腺癌慢叨，而第2簇在HR+/HER2+乳腺癌中的比例顯著高于三陰性乳腺癌（圖a, b）。

TAM表型和患者對免疫檢查點抑制劑的反應

因為TAM長期以來一直與治療結(jié)果相關(guān)务蝠，尤其是對免疫檢查點抑制劑（ICI）的反應拍谐。例如，對TAM從M2表型重新極化為M1表型可能會影響ICI的效果馏段，同時還可以利用M1型TAM作為藥物遞送載體轩拨。因此在這23個TAM亞群中可能存在與ICI反應相關(guān)的亞群，因此作者使用包含1446名接受ICI治療的患者隊列的RNA測序數(shù)據(jù)來進一步驗證院喜。首先亡蓉，作者根據(jù)每個簇的差異表達基因標記定義了單細胞簇基因表達特征，并在免疫治療隊列的RNA測序數(shù)據(jù)來驗證潛在效果喷舀。作者接著定義了一組巨噬細胞特異性的特征砍濒，這些特征在評估所有細胞類型圖譜時始終能識別其各自的巨噬細胞簇淋肾，包括5簇_StressMac、簇6_SPP1AREGMac爸邢、8簇_IFNGMac樊卓、11簇_MetalloMac、17簇_IFNMac3杠河、21簇_HemeMac和22簇_IFNMac4碌尔。并使用免疫治療隊列批量RNAseq數(shù)據(jù)評估這些特征在反應者與非反應者之間的表達差異。結(jié)果發(fā)現(xiàn)感猛，幾個簇特征與ICI反應顯著相關(guān)七扰，包括20簇_TDoub和8簇_IFNGMac在ICI反應者中顯著富集（圖a）。其中陪白，20簇由T細胞雙重體與巨噬細胞組成颈走，而8簇的最高上調(diào)基因是CXCL9，這是一種已知與T細胞招募相關(guān)的趨化因子咱士。類似地立由，17簇_IFNMac3、14簇_ProliMac序厉、11簇_MetalloMac锐膜、4簇_ICIMac2和3簇_ICIMac1在ICI反應者中顯著富集（圖a）。相反弛房，18簇_ECMMac在ICI非反應者中顯著富集（圖a）道盏。由于該簇與細胞外基質(zhì)修飾相關(guān)，因此作者假設其抵抗機制可能是由于T細胞被排除在腫瘤之外文捶。但作者很快推翻了這一結(jié)論荷逞，因為作者在對一般T細胞特征與ECM特征的關(guān)聯(lián)分析中，觀察到在免疫治療隊列中ECM特征樣本上四分位數(shù)中關(guān)聯(lián)的T細胞特征顯著較高（圖b）粹排，這表明T細胞被排除在外可能是因為細胞間更復雜的相互作用可能在發(fā)揮作用种远。

因為T細胞在癌癥相關(guān)新抗原刺激下表現(xiàn)出轉(zhuǎn)錄程序的變化，包括在肺癌中上調(diào)CXCL13和MHC II類基因顽耳，這稱之為突變相關(guān)新抗原評分（MANA評分）坠敷。作者假設TAM-T細胞相互作用可能在這種變化中發(fā)揮作用，因此接下來評估MANA評分在TAM簇分布的變化射富。作者選擇了免疫治療隊列中基因集富集分析中最顯著的四個特征（14簇_ProliMac膝迎、8簇_IFNGMac、17簇_IFNMac3和18簇_ECMMac）胰耗，并測試這些簇在MANA評分上四分位數(shù)的樣本中比例是否顯著不同弄抬。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在MANA評分下四分位數(shù)的樣本中18簇_ECMMac的比例顯著較高宪郊，而在上四分位數(shù)樣本中8簇_IFNGMac顯著富集（圖c）掂恕。并且作者發(fā)現(xiàn)一些細胞共同表達了巨噬細胞標記物CD68以及膠原蛋白基因COL1A1拖陆、COL1A2和COL3A1，表明這些巨噬細胞可能在組織中與膠原蛋白的生產(chǎn)和細胞外基質(zhì)的重塑有關(guān)（圖d）懊亡。此外依啰，作者還識別出幾個潛在的成纖維細胞，這些細胞在成纖維細胞與TAM之間處于中間狀態(tài)店枣。例如速警，18簇_ECMMac+ TAM的最近鄰細胞是其他TAM，其次是成纖維細胞（圖e）鸯两，表明這些細胞類型之間存在細胞間通信闷旧。作者還評估了8簇_IFNGMac巨噬細胞的最近鄰，發(fā)現(xiàn)8_IFNGMac TAM的最近鄰是其他TAM钧唐，其次是CD4記憶T細胞忙灼、癌細胞和CD8記憶T細胞（圖e）。相反钝侠，未屬于這兩個簇的巨噬細胞的最近鄰是TAM该园，其次是中性粒細胞和NK細胞（圖e）。

圖譜的應用和未來研究的參考

除了促進基于數(shù)據(jù)的巨噬細胞分類方法外帅韧，作者還利用該圖譜在一份口腔癌的單細胞數(shù)據(jù)進行驗證（圖a）里初。口腔癌單細胞數(shù)據(jù)的C1QB+ TAM的巨噬細胞亞群主要映射到本研究的2_C3Mac簇（圖b）忽舟，CD14+ Mono亞群主要映射到19_ClassMono簇双妨，CXCL8+ TAM亞群映射到6_SPP1AREGMac，SPP1+ TAM亞群映射到16_ECMHomeoMac叮阅。許多TAM也映射到這些最常見映射之外的簇刁品，例如口腔癌單細胞數(shù)據(jù)的CD14+ Mono TAM映射到本文的9_AngioMac簇。在口腔癌數(shù)據(jù)集中未檢測到18_ECMMac TAM帘饶，這表明這種癌癥類型與這種巨噬細胞分化途徑負相關(guān)哑诊。對如何最好地表征TAM從M1/M2二分法轉(zhuǎn)向更復雜的模型群扶，涵蓋巨噬細胞的刺激和起源及刻，之前的研究提出了一個七部分的模型。這一模型可以解釋TAM多樣性竞阐，反映了巨噬細胞在不同分化階段和刺激下的狀態(tài)缴饭。因此，作者采用之前研究定義的關(guān)鍵標記基因骆莹，并檢查了這些標記陽性細胞在每個表達量百分位中的簇成員身份（圖c, d）颗搂。但這一分析這揭示了之前研究定義的關(guān)鍵標記基因存在很大的異質(zhì)性，表明某些標記物在巨噬細胞景觀中的普遍性并且許多標記物并不指示巨噬細胞的分化狀態(tài)幕垦。例如丢氢，MKI67和CDK1等增殖巨噬細胞標記物屬于前者類別傅联，大多數(shù)表達這些基因的細胞屬于14_ProliMac簇。同樣疚察，表達LYVE1和FOLR2的細胞主要屬于1_MetM2Mac簇蒸走，而表達CXCL9的細胞主要屬于8_IFNGMac簇。分布在多個簇中的標記物包括APOE貌嫡、APOC1比驻、ARG1和HES1（圖c）。

研究總結(jié)：

這篇文章通過構(gòu)建一個泛癌單細胞RNA測序圖譜岛抄，詳細分析了腫瘤相關(guān)巨噬細胞的多樣性别惦，并探討了它們在不同腫瘤類型和治療反應中的作用。例如夫椭，作者識別出23個TAM亞群掸掸，并展示了這些細胞在不同腫瘤類型中的廣泛多樣性。作者還比較不同腫瘤類型和轉(zhuǎn)移狀態(tài)下的TAM組成益楼，發(fā)現(xiàn)腫瘤基因型和腫瘤微環(huán)境共同影響TAM的組成和功能猾漫。并且，通過分析1446名接受ICI治療的患者數(shù)據(jù)感凤，作者確定了特定的TAM亞群與治療反應之間的顯著關(guān)聯(lián)悯周。總的來說陪竿，本文構(gòu)建的TAM圖譜為理解巨噬細胞在腫瘤微環(huán)境中的作用提供了新的視角禽翼，并揭示了它們在不同腫瘤類型和免疫治療反應中的關(guān)鍵角色。這一圖譜不僅補充了現(xiàn)有的文獻模型族跛，還為未來的研究提供了全面的參考工具闰挡，推動了對TAM多樣性和功能的深入研究。