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Cell | 免疫细胞“都在”,抗肿瘤免疫却失灵了:研究发现关键可能在巨噬细胞的位置

来源:生物探索 发布时间:2026-08-12 阅读:0

但近日,《Cell》的研究报道“Spatial biology reveals altered macrophage states in immunosuppressed non-melanoma skin cancer”给出了更复杂的图景。研究人员整合单细胞RNA测序(single-cell RNA sequencing, scRNA-seq)、单细胞T细胞受体测序(single-cell T-cell receptor sequencing, scTCR-seq)、多重免疫荧光(multiplex immunofluorescence, mIF)、Xenium空间转录组和空间ATAC测序(spatial-ATAC-seq)发现:免疫抑制肿瘤的关键变化,并非简单的“免疫细胞整体减少”,而是巨噬细胞的位置、状态,以及它们与T细胞之间的空间协同发生了重塑。

5年生存率几乎腰斩:问题显然不只在肿瘤本身

研究主队列纳入138名患者的150份标本,其中55人为免疫健全(immunocompetent, IC),83人为免疫抑制(immunosuppressed, IS);28例为基底细胞癌(basal cell carcinoma, BCC),109例为皮肤鳞状细胞癌(cutaneous squamous cell carcinoma, cSCC),另有1例兼具两者特征。

临床差距非常醒目。IC患者5年总生存率(overall survival, OS)为 68.8%,IS患者只有 33.3%;5年无病生存率(disease-free survival, DFS)则分别为 55.2% 和 24.2%

换算来看,两组5年OS相差 35.5个百分点,5年DFS相差 31.0个百分点

这些数据说明免疫抑制状态与较差预后显著相关,但不能单凭这项观察性研究证明“免疫抑制直接导致死亡”。更值得追问的是:两组患者的肿瘤免疫微环境(tumor microenvironment, TME)究竟哪里不同?

22万多个单细胞告诉我们:免疫细胞并没有“集体消失”

研究人员先从最直观的问题入手:免疫抑制患者的肿瘤里,是不是免疫细胞整体少了?

他们对30名患者的36份样本进行scRNA-seq,共测得 226,170个单细胞,识别出25个转录簇,并进一步归并为10类主要免疫细胞。结果有些反常识:IC与IS肿瘤中,主要免疫细胞类型的 相对比例并没有统计学显著差异

需要注意:scRNA-seq分析的是捕获到的CD45+细胞之间的相对组成,它并不能直接告诉我们每平方毫米组织里到底有多少免疫细胞,更无法单独判断这些细胞位于肿瘤核心、边缘还是间质。换言之,“比例差不多”不代表“组织结构也差不多”。

这一步很重要。它把问题从“少了哪些细胞”,推进到“这些细胞在哪里、处于什么状态、彼此是否还能形成有效协同”。

差别藏在空间里:巨噬细胞没有出现在同样的位置

于是研究人员进一步用mIF测量组织中的细胞密度和空间分布。在88名cSCC患者中:54名IS、34名年龄和分期校正后的IC,CD4+ T细胞、CD8+ T细胞和B细胞在肿瘤区或间质区的丰度并未出现显著差异;但 肿瘤内部CD68+巨噬细胞密度在IC组显著更高,p=0.022

更关键的是,这一现象在Cleveland Clinic的54份独立cSCC标本中得到外部验证:29份IS与25份IC样本比较,IS肿瘤内部的髓系细胞密度更低,其中CD68+巨噬细胞减少达到统计学显著,p=0.029

还有一个值得注意的临床关联:在IS患者中,间质CD68+PD-L1+巨噬细胞密度越高,生存越差,p<0.001

乍看之下,这甚至有些矛盾:肿瘤内部巨噬细胞减少,为何间质中特定巨噬细胞增加又与不良生存相关?

答案可能恰恰说明,不能简单把巨噬细胞归结为“多就是好”或“少就是好”。区室在哪里、细胞处于什么功能状态,以及能否进入肿瘤内部,可能比一个总数量更有生物学意义。

巨噬细胞不是一个群体:同一个CD68背后至少有6种状态

单细胞亚群分析进一步把肿瘤相关巨噬细胞(tumor-associated macrophages, TAMs)分成6类:炎症细胞因子富集TAM(Inflam-TAM)、细胞外基质降解TAM(ECM-degradation TAM, ECM-Deg TAM)、脂质相关TAM(lipid-associated TAM, LA-TAM)、增殖型TAM(Prolif-TAM)、干扰素反应型TAM(IFN-TAM)和组织驻留巨噬细胞(resident-tissue macrophage, RTM)。

IS样本中RTM相对更多,IC样本中Prolif-TAM相对更多,但这些比例差异 并未达到统计学显著。更有信息量的是功能通路:多个TAM亚群在IS肿瘤中表现出Fcγ受体依赖性吞噬(FCGR-dependent phagocytosis)以及IL-6、IL-17、IL-33相关信号降低;与此同时,部分亚群的经典激活程序并未同步下降。

这提醒我们,沿用传统“M1/M2”二分法去解释全部TAM可能过于粗糙。免疫抑制并不是把所有巨噬细胞统一推向一个状态,而更可能改变了不同亚群的 位置、功能程序以及与周围细胞的关系

T细胞还在,但可用的“识别组合”变窄了

如果T细胞数量没有明显减少,为什么抗肿瘤免疫仍然可能失效?答案开始出现在功能和克隆结构上。

CD8+ T细胞中,IS与IC之间共有 2,947个差异表达基因(differentially expressed genes, DEGs,FDR<0.05)。IS样本中,细胞毒性T淋巴细胞(cytotoxic T lymphocyte, CTL)效应相关基因 GZMB、PRF1和IFNG下调,而耗竭相关分子 PDCD1、CTLA4和TIGIT上调

CD4+ T细胞同样出现 2,181个DEGs,并富集调节性和免疫抑制程序。

更直接的证据来自T细胞受体(T-cell receptor, TCR)谱系。IS肿瘤中高度扩增的CD8+ T细胞克隆显著更少,p=0.0005;TCR多样性也显著下降,CD8+ T细胞Shannon指数比较 p=0.014,CD4+ T细胞 p<0.001

这并不等于“IS患者没有抗肿瘤T细胞”。更准确的理解是:他们的T细胞库可能受到更强限制,可供动员的克隆谱变窄,不同功能状态之间的克隆关系也发生重排。

TCR多样性下降究竟是病情恶化的原因,还是长期免疫抑制、持续抗原刺激甚至治疗经历留下的结果?现有数据还没有回答因果方向。

空间不是背景,而是免疫反应的一部分

空间转录组把这个故事再推进了一层。

研究人员使用350基因的Xenium定制panel分析81份cSCC样本,通过质控后共纳入 353,153个细胞,识别出19个主要细胞簇。将单细胞定义的巨噬细胞状态重新投射到组织空间后发现:两组肿瘤内部都以ECM-Deg TAM为主要巨噬细胞亚群,但 LA-TAM在IC患者的肿瘤富集生态位中更多,p=0.048;RTM在IS中数值上更高,但 p=0.13,未达到统计学显著

CD8+ T细胞的位置也发生了变化。具有耗竭标志LAG3或CTL标志GZMA的T细胞,在IC样本中更常位于肿瘤内部,而在IS样本中更倾向分布于肿瘤周边。

与此同时,细胞—细胞相互作用(cell-cell interaction, CCI)分析显示,B细胞、LA-TAM、Prolif-TAM和单核细胞在IC样本中拥有显著更多的相互作用节点,p<0.05;CD4+ T细胞、CD8+ T细胞和IFN-TAM在IS中的CCI也呈下降趋势,但在当前样本量下未达到统计学显著。

这让“免疫抑制”的含义发生了变化:问题可能不只是免疫细胞有没有进入肿瘤,而是它们能否进入 合适的位置,并与抗原呈递细胞(antigen-presenting cell, APC)、其他免疫细胞以及肿瘤细胞建立有效的空间连接。

从转录到染色质:基质细胞也可能参与重写免疫关系

研究还对14份样本进行spatial-ATAC-seq,IC与IS各7份,识别出12个空间表观遗传簇(spatial epigenetic clusters)。

空间邻域分析显示,在IC肿瘤中,具有炎症、增殖和干扰素反应特征的巨噬细胞,以及具有补体、抗原加工和MHC II类分子相关活性的巨噬细胞,更常出现在靠近肿瘤细胞的位置。

相反,IS样本出现了与CD8+ T细胞空间关联的炎症型成纤维细胞(inflammatory fibroblast)特征。第二个12样本队列进一步识别出富集 NFKB1转录因子(transcription factor, TF)motif 的炎症型成纤维细胞簇,并在对应的Xenium区域观察到 VIM、PDGFRA、THY1、CXCL12、CCL19和IL1B 等标志。

这提示一个值得继续验证的方向:慢性免疫抑制影响的可能不只是“免疫细胞本身”,肿瘤间质(stroma)也可能通过改变细胞邻接关系和局部调控环境,参与限制T细胞功能。

这里的关键词仍然是“可能”。空间共定位和转录因子motif可以提出机制假设,却不能替代直接功能实验。

空间关联不等于因果

这项工作的优势在于多模态:scRNA-seq告诉我们细胞“是谁”,mIF告诉我们“有多少、在哪里”,scTCR-seq告诉我们“克隆结构如何”,Xenium告诉我们“和谁相邻”,spatial-ATAC-seq进一步追问“哪些染色质调控程序可能参与其中”。

不同平台反复指向同一个主题:IS肿瘤的免疫异常更像是 空间组织和功能重编程,而不是简单的全局免疫细胞丢失。

但局限性也不容忽视。

第一,不同平台测量的量并不等价,scRNA-seq的相对比例不能与mIF的绝对密度直接比较。

第二,IS人群病因高度异质,包括血液系统恶性肿瘤、器官移植、慢性激素使用和自身免疫性疾病等。

第三,样本多来自单一时间点,无法建立“巨噬细胞改变→TCR收缩→预后变差”的时间顺序。

第四,研究中的配体—受体(ligand-receptor, LR)关系和部分功能状态主要由计算模型及分子特征推断,并没有通过直接扰动实验验证巨噬细胞的抗原呈递能力或效应功能。

第五,这是一项两中心、部分回顾性的研究,且外部验证队列有限,其结果能否推广至更广泛的NMSC人群仍需前瞻性、多中心研究确认。

因此,这项研究支持的是一个有分量的 机制框架,而不是已经完成因果闭环的临床结论。

如果要把这套空间图谱变成治疗,下一步该关注什么?

研究人员据此提出,局部激活先天免疫(innate immunity)也许值得进一步研究,例如Toll样受体激动剂(Toll-like receptor agonists)、溶瘤病毒talimogene laherparepvec(T-VEC)以及肿瘤疫苗。

对器官移植受者等人群而言,局部治疗的吸引力在于:理论上有机会增强肿瘤局部免疫,同时降低全身免疫激活可能带来的严重不良反应或移植物排斥风险。

这只是研究启发,不是临床疗效证据。这项研究没有比较上述治疗方案,也没有证明“恢复巨噬细胞空间分布”就能改善患者生存。

更值得继续关注的是:巨噬细胞空间重排究竟是免疫失效的上游驱动因素,还是长期免疫抑制之后的结果?不同免疫抑制病因是否共享同一套空间机制?未来能否把“细胞位置+细胞状态+TCR多样性”组合成比单一PD-L1表达或CD8计数更有预测力的空间生物标志物?

这项研究的价值,正在这里。

它把肿瘤免疫学的一个老问题:“肿瘤里有多少免疫细胞?”,推进成一个更具解释力的新问题:

这些细胞是否处在合适的位置,保持合适的功能状态,并与需要交流的细胞建立了有效连接?

当免疫系统的问题从“数量”进一步转向“组织方式”,空间生物学(spatial biology)就不再只是绘制一张更精细的肿瘤地图,而是在尝试解释一个长期存在的临床现象:为什么看起来相似的免疫细胞组成,最终可能走向完全不同的疾病结局。

 
 

参考文献

 
Naara S, Kochat V, Rao X, Arslan E, Saddawi-Konefka R, Satpati S, Garbarino J, Anderson JL, Gleber-Netto FO, Nagarajan P, Kerr TD, Akhter S, Li S, Fodor R, Koyfman SA, Yaniv D, Xie T, Glaun M, Bobian M, Padron WI, Ng C, Gunaratne PH, Thevasagayampillai S, Migden MR, Abbas HA, Reville PK, Tsai KY, McGrail DJ, Wang J, Myers JN, Gross ND, Rai K, Amit M. Spatial biology reveals altered macrophage states in immunosuppressed non-melanoma skin cancer. Cell. 2026 Aug 5:S0092-8674(26)00863-9. doi: 10.1016/j.cell.2026.07.031. Epub ahead of print. PMID: 42556334.