撰文 | 染色體

腫瘤微環(huán)境（TME）與外周免疫系統(tǒng)持續(xù)互作，循環(huán)免疫細(xì)胞不斷浸潤(rùn)并發(fā)生擴(kuò)增，從而深刻影響抗腫瘤免疫效應(yīng)及治療反應(yīng)【1】。盡管單細(xì)胞RNA測(cè)序與TCR/BCR測(cè)序已系統(tǒng)揭示適應(yīng)性T細(xì)胞的克隆動(dòng)態(tài)，但由于先天免疫細(xì)胞缺乏體細(xì)胞重排事件，其在人體組織中的譜系追蹤長(zhǎng)期受限。

近日，來(lái)自斯坦福大學(xué)病理學(xué)系的Ansuman T. Satpathy和遺傳學(xué)系的Vincent Liu，與紀(jì)念斯隆凱特琳癌癥中心的Caleb A. Lareau團(tuán)隊(duì)共同在Cancer Cell期刊發(fā)表題為Clonal lineage tracing of innate immune cells in human cancer（人類(lèi)癌癥中先天免疫細(xì)胞的克隆演化追蹤）的文章。研究利用線粒體DNA（mtDNA）突變結(jié)合單細(xì)胞多組學(xué)測(cè)序，系統(tǒng)重建人類(lèi)腫瘤中先天免疫細(xì)胞的克隆譜系關(guān)系，發(fā)現(xiàn)腫瘤相關(guān)髓系細(xì)胞主要來(lái)源于循環(huán)單核細(xì)胞，其分化命運(yùn)可能在進(jìn)入腫瘤微環(huán)境之前已受到外周表觀遺傳程序調(diào)控。

先天免疫細(xì)胞是腫瘤微環(huán)境中最豐富的免疫細(xì)胞群體之一，其來(lái)源復(fù)雜，包括組織駐留細(xì)胞與骨髓來(lái)源細(xì)胞【2】。盡管既往研究已對(duì)其多樣性進(jìn)行了系統(tǒng)描繪，但其在不同組織中的浸潤(rùn)模式、分化路徑、克隆選擇過(guò)程及細(xì)胞間譜系關(guān)系仍缺乏清晰解析。

Mitotrek構(gòu)建腫瘤免疫克隆圖譜

為了實(shí)現(xiàn)跨組織單細(xì)胞譜系追蹤，研究基于線粒體單細(xì)胞轉(zhuǎn)座酶可及染色質(zhì)測(cè)序（mtscATAC-seq），對(duì)肺癌與卵巢癌患者的腫瘤組織、正常肺組織及外周血樣本進(jìn)行單細(xì)胞染色質(zhì)可及性與mtDNA聯(lián)合測(cè)序，并開(kāi)發(fā)高精度克隆推斷框架Mitotrek。該方法通過(guò)過(guò)濾高頻及潛在偽陽(yáng)性mtDNA突變，顯著提高實(shí)體組織中克隆識(shí)別準(zhǔn)確性，在已知克隆體系中達(dá)到85%–91%的準(zhǔn)確率?；谠摲椒?，研究構(gòu)建了非小細(xì)胞肺癌（NSCLC）及卵巢癌多組學(xué)單細(xì)胞圖譜，系統(tǒng)解析數(shù)千個(gè)免疫、基質(zhì)及腫瘤細(xì)胞克隆，發(fā)現(xiàn)同一克隆內(nèi)細(xì)胞類(lèi)型具有顯著一致性，從而為解析不同腫瘤微環(huán)境中的免疫譜系動(dòng)態(tài)提供了可靠工具與框架。

腫瘤免疫細(xì)胞跨組織克隆動(dòng)態(tài)圖譜

研究進(jìn)一步系統(tǒng)解析肺癌與卵巢癌中腫瘤組織、匹配正常肺組織（NILT）及外周血中的免疫克隆結(jié)構(gòu)與跨組織分布特征。結(jié)果顯示，腫瘤細(xì)胞及適應(yīng)性免疫細(xì)胞（CD8+ T、CD4+ T、B細(xì)胞及漿細(xì)胞）表現(xiàn)出最顯著的克隆擴(kuò)增，其中CD8+ T細(xì)胞在多個(gè)組織間均存在大規(guī)模克隆擴(kuò)張，提示其在抗腫瘤免疫中的核心系統(tǒng)性作用。相比之下，髓系細(xì)胞（單核細(xì)胞、巨噬細(xì)胞及樹(shù)突狀細(xì)胞）整體克隆規(guī)模較小，提示其在骨髓輸出后缺乏持續(xù)性抗原驅(qū)動(dòng)的大規(guī)模擴(kuò)增，與適應(yīng)性免疫細(xì)胞形成顯著對(duì)照。不同腫瘤類(lèi)型中亦存在差異：肺癌中CD4+ T細(xì)胞克隆擴(kuò)增更為顯著，而卵巢癌中CD4+ T細(xì)胞擴(kuò)增明顯降低，提示不同腫瘤微環(huán)境對(duì)T細(xì)胞亞群具有選擇性塑造作用。此外，部分卵巢癌樣本中NK細(xì)胞出現(xiàn)寡克隆擴(kuò)增，呈現(xiàn)一定類(lèi)適應(yīng)性免疫特征。跨組織分析進(jìn)一步揭示空間分布規(guī)律：CD8+ T細(xì)胞克隆可在腫瘤、正常組織及外周血之間廣泛共享，體現(xiàn)系統(tǒng)性循環(huán)與擴(kuò)增特征；而B(niǎo)細(xì)胞及漿細(xì)胞克隆主要局限于單一組織，提示其免疫反應(yīng)以局部組織內(nèi)發(fā)生與維持為主。正常肺組織與外周血之間克隆一致性最高，而與腫瘤之間較低，說(shuō)明腫瘤環(huán)境對(duì)免疫克隆具有顯著重塑作用。在細(xì)胞類(lèi)型間譜系關(guān)系方面，先天免疫細(xì)胞（單核細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、DC及NK細(xì)胞）表現(xiàn)出高度跨細(xì)胞類(lèi)型克隆共享，提示其來(lái)源于骨髓后快速進(jìn)入外周組織并持續(xù)分化，且未經(jīng)歷明顯克隆瓶頸。適應(yīng)性免疫細(xì)胞及腫瘤細(xì)胞則呈現(xiàn)較強(qiáng)的細(xì)胞類(lèi)型內(nèi)克隆擴(kuò)增特征，而基質(zhì)細(xì)胞處于中間狀態(tài)。值得注意的是，髓系細(xì)胞在跨組織克隆共享中比例最高（約27%），顯著高于T細(xì)胞，提示其具有最廣泛的組織浸潤(rùn)與分化能力?？傊芯肯到y(tǒng)揭示了腫瘤微環(huán)境與外周免疫系統(tǒng)之間的克隆動(dòng)態(tài)差異：CD8+ T細(xì)胞代表系統(tǒng)性抗腫瘤擴(kuò)增軸，B細(xì)胞反應(yīng)主要局限于局部組織，而骨髓來(lái)源髓系細(xì)胞則展現(xiàn)出最強(qiáng)的跨組織遷移與多向分化潛能，共同構(gòu)成腫瘤免疫克隆景觀的核心結(jié)構(gòu)。

單核細(xì)胞驅(qū)動(dòng)DC3來(lái)源與分化偏向

研究進(jìn)一步聚焦髓系細(xì)胞譜系，通過(guò)NSCLC及卵巢癌樣本的高分辨率單細(xì)胞ATAC測(cè)序與mtDNA克隆分析，系統(tǒng)解析DC3來(lái)源及單核細(xì)胞分化軌跡。結(jié)果顯示，DC3在表觀遺傳層面同時(shí)呈現(xiàn)單核細(xì)胞、巨噬細(xì)胞及樹(shù)突狀細(xì)胞特征，其染色質(zhì)開(kāi)放區(qū)域及轉(zhuǎn)錄因子活性（AP-1、MAF、MiT-TFE等）與CD14+單核細(xì)胞高度相似，提示DC3來(lái)源于循環(huán)單核細(xì)胞的過(guò)渡狀態(tài)，而非經(jīng)典樹(shù)突狀細(xì)胞譜系?？寺》治鲞M(jìn)一步顯示，DC3與循環(huán)及組織駐留單核細(xì)胞以及單核來(lái)源巨噬細(xì)胞（MoMΦ）具有高度克隆相關(guān)性，而與cDC2關(guān)聯(lián)較弱。同一mtDNA克隆可同時(shí)包含外周單核細(xì)胞與腫瘤內(nèi)DC3，支持其連續(xù)分化關(guān)系，并在肺癌與卵巢癌中均得到驗(yàn)證，提示該譜系關(guān)系具有跨腫瘤類(lèi)型的普適性。進(jìn)一步分析還發(fā)現(xiàn)，單核細(xì)胞在進(jìn)入組織后呈現(xiàn)明確分化偏向：在正常肺組織中以單核細(xì)胞狀態(tài)為主，而在腫瘤中更多分化為巨噬細(xì)胞或DC3，提示TME促進(jìn)其分化過(guò)程。更重要的是，不同克隆在進(jìn)入組織前已存在內(nèi)在命運(yùn)偏好，可穩(wěn)定分為DC偏向型與巨噬細(xì)胞偏向型。DC偏向單核細(xì)胞富集NF-κB、IRF、STAT2等促炎程序，在腫瘤中更易形成DC3；而巨噬細(xì)胞偏向單核細(xì)胞則富含MAF、NRF2等免疫抑制程序，更傾向生成MoMΦ并參與免疫抑制微環(huán)境構(gòu)建。所以，研究表明DC3來(lái)源于循環(huán)單核細(xì)胞，并揭示單核細(xì)胞在進(jìn)入腫瘤微環(huán)境之前即已被外周表觀遺傳程序預(yù)設(shè)分化命運(yùn)，從而決定其在腫瘤中的功能分化路徑。

綜上所述，該研究利用體細(xì)胞線粒體DNA突變作為內(nèi)源性譜系標(biāo)記，結(jié)合mtscATAC-seq技術(shù)，對(duì)肺癌和卵巢癌患者腫瘤組織、正常組織及外周血共21.9萬(wàn)余個(gè)單細(xì)胞進(jìn)行系統(tǒng)分析，成功構(gòu)建了人類(lèi)腫瘤中先天免疫細(xì)胞的高分辨率克隆譜系圖譜，并揭示其跨組織遷移、分化及命運(yùn)預(yù)設(shè)機(jī)制。

https://doi.org/10.1016/j.ccell.2026.05.006

制版人： 十一

參考文獻(xiàn)

[1] Pai, J.A., and Satpathy, A.T. (2021). High-throughput and single-cell T cell receptor sequencing technologies.Nat. Methods18, 881-892.

[2] van Vlerken-Ysla, L., Tyurina, Y.Y., Kagan, V.E., and Gabrilovich, D.I. (2023). Functional states of myeloid cells in cancer.Cancer Cell41, 490-504.

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