colorectal cancer（CRC，結直腸癌）是全球高發的胃腸道惡性腫瘤，穩居癌癥相關死亡原因第二位，盡管篩查與治療手段不斷優化，但轉移性CRC患者的中位生存期仍僅約30個月。更棘手的是，絕大多數CRC患者為微衛星穩定（MSS）型，對當前熱門的免疫檢查點抑制劑（ICI）治療響應率極低，僅4%的轉移性患者能從中獲益，探索新的免疫調控靶點與治療策略迫在眉睫。
核心研究方法
在實驗方面，本研究結合了單細胞測序（scRNA-seq）、空間轉錄組（10x Genomics Xenium）、成像質譜流式（IMC）、患者來源類器官（PDO）與中性粒細胞共培養、體內動物模型等多種技術，核心方法聚焦于“多模態單細胞解析”與“功能驗證”。
在生物信息學方面，利用其自主研發的Shears工具，結合 NMF分析、軌跡分析（Slingshot）、細胞-細胞相互作用分析（LIANA+）、 Niche Compass細胞生態位等分析進行。其流程圖核心邏輯：
文章詳解
1. 大規模CRC單細胞圖譜的構建
整合48項研究、76個數據集，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、基質細胞等。優化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）的單細胞數據、空間轉錄組數據（370萬個細胞）及蛋白質組數據（71.5萬個細胞），形成多模態單細胞圖譜。
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分類
基于單細胞數據，驗證了傳統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細胞優勢型患者MSI比例更高，預后更優；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個免疫調節程序（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-免疫表型關聯分析
開發Shears生物信息學工具，關聯TCGA、AC-ICAM等隊列的bulk RNA-seq數據與單細胞圖譜，發現：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實驗，證實KRAS突變腫瘤可通過條件培養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性
4. 中性粒細胞異質性與表型可塑性
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高表達時，患者預后更好，其定位對腫瘤進展具有重要調控作用。
結直腸癌中性粒細胞的特征
5. 中性粒細胞空間生態位解析
利用10x Genomics Xenium空間轉錄組技術（15名患者FFPE樣本），發現中性粒細胞在腫瘤核心區與侵襲邊緣呈簇狀分布，形成中性粒細胞富集的功能生態位；該生態位中，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。
空間單細胞多模態分析
6. 小鼠模型驗證腫瘤-骨髓軸調控機制
構建AKPS原位CRC小鼠模型（攜帶CRC四大驅動突變），發現腫瘤可誘導血液中中性粒細胞數量增加，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，腫瘤信號可調控骨髓中中性粒細胞前體的轉錄程序，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。
結直腸癌小鼠原位器官移植模型中的中性粒細
7. 討論與結論
本研究構建的大規模CRC多模態單細胞圖譜，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，有望進一步優化中性粒細胞靶向策略，結合免疫檢查點抑制劑，構建“靶向髓系細胞+免疫激活”的聯合治療方案，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.