Nature | 揭示肝癌免疫微环境亚型和中性粒细胞异质性

原发性肝癌(primary liver cancer, PLC)有三种主要的组织学亚型-肝细胞癌(hepatocellular carcinoma, HCC)，肝内胆管癌(intrahepatic cholangiocarcinoma, ICC)和肝细胞和肝内胆管癌合并(combined hepatocellular and intrahepatic cholangiocarcinoma, CHC)。尽管免疫治疗最近取得了进展，但我们对PLC的肿瘤免疫微环境基线情况的了解有限，从而排除了生物标志物的识别，以更好地对患者进行分层。因此需要一项全面的单细胞研究，包括大多数细胞群和PLC的三个主要亚型，并具有既定的临床参数。

肿瘤免疫微环境(tumour immune microenvironment, TIME)由各种免疫细胞和基质细胞组织，其异质性是肿瘤转移、复发和耐药的主要促成因素，但不同的TIME亚型与肝癌的临床相关性之间的关系尚不清楚。

2022年11月9日，北京大学第一医院肿瘤转化研究中心张宁团队、北京大学生物医学前沿创新中心（BIOPIC）张泽民团队与北京大学人民医院肝胆外科朱继业团队紧合作在Nature杂志在线发表题为“Liver tumor immune microenvironment subtypes and neutrophil heterogeneity”的研究论文，这项研究分析了189个肝癌患者和小鼠模型样本的细胞景观，解剖了TIME亚型，从而揭示了肝癌免疫微环境亚型和中性粒细胞异质性。

中性粒细胞在癌症中的功能作用越来越被认识到，并报道了抗肿瘤和促肿瘤的作用。scRNA-seq已被用于解剖PLC和中性粒细胞异质性的TIME成分，但这些研究通常涉及基于抗体的细胞富集，且队列规模有限。由于中性粒细胞寿命短，处理技术困难，目前尚不清楚中性粒细胞在癌症中的功能异质性。在这项研究中，研究人员对124名肝癌患者和8只肝癌小鼠的189份样本进行了单细胞RNA测序(scRNA-seq)分析。通过分析了超过100万个细胞，将患者分为5个免疫微环境亚型（TIMELASER），其中包含：免疫激活型TIME-IA (Immune Activation);髓系富集免疫抑制型TIME-ISM (Immune Suppressive Myeloid);基质富集免疫抑制型TIME-ISS (Immune Suppressive Stromal);免疫排斥型Immune Exclusion (TIME-IE);免疫驻留型(Immune Residence)，组合起来称之为TIMELASER分型系统。

图1. 124例肝癌患者的单细胞图

接着，研究人员对这五种免疫微环境亚型进行了多维度的分析，验证五种亚型的存在并揭示五种亚型的细胞空间分布。通过受体配体分析发现每种亚型均存在不同的趋化因子受体-配体网络，提示了不同亚型的形成机制。

图2.PLC的五个TIME亚型

值得注意的是，骨髓细胞富集亚型肿瘤相关中性粒细胞(tumour-associated neutrophil, TAN)人群与不良预后相关。通过TANs的体外诱导和患者TANs的体外分析，研究人员发现CCL4+ TANs可以招募巨噬细胞，PD-L1+ TANs可以抑制T细胞的细胞毒性。此外，小鼠中性粒细胞亚群的scRNA-seq分析显示，它们与人类的中性粒细胞亚群在很大程度上是保守的。进一步研究表明，小鼠模型体内中性粒细胞消耗减弱了肿瘤进展，证实了TANs的肿瘤前表型。通过肝癌细胞异质性的详细图景，研究阐明了不同的TIME亚型，突出了TANs的免疫抑制功能，并阐明了潜在的靶向TANs的免疫疗法。

图3. 中性粒细胞的异质性和耗竭的小鼠模型

总的来说，这项研究描绘了PLC的全面细胞景观，使我们能够识别五种TIMELASER亚型并解码中性粒细胞异质性。TIMELASER框架覆盖了大多数细胞群，并提供了显示空间分辨率的基线TIME亚型的无偏分层。进一步探索中性粒细胞对免疫治疗的影响以及相关的混杂临床因素将为更好地理解TAN生物学提供新的机会，并提出肝癌治疗的转化研究路径。 

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