期刊：Cell communication and signaling
影響因子：8.9
伯豪技術服務+產品：scRNA-seq、伯優®單細胞測序組織保存液
研究背景
肺癌和慢性阻塞性肺疾?。–OPD）是全球主要的健康挑戰，而兩者在患者中的共存帶來了獨特的臨床復雜性。同時患有肺腺癌（LUAD）和COPD的患者對傳統化療和靶向治療的反應降低，但對免疫治療表現出更高的敏感性。
實驗材料
248例表型發現隊列；6例（3例患有COPD，3例未患有COPD）未經治療的LUAD患者的腫瘤樣本、鄰近正常組織和外周血進行單細胞轉錄組測序（scRNA-seq）；34例額外的未經治療的LUAD患者中進行了多重熒光免疫組化（mfIHC）；65例接受免疫治療的LUAD患者獨立隊列；
主要技術
scRNA-seq、伯優®單細胞測序組織保存液
（技術服務及科技產品由伯豪生物提供）
研究結果
1. 有COPD和無COPD的LUAD患者免疫治療結果比較
研究納入248名LUAD患者，其中140名患有COPD，108名未患COPD。兩組患者在性別、年齡、吸煙史、PD-L1表達及腫瘤分期等方面無顯著差異，且大多數患者接受了免疫治療作為一線治療。結果顯示，盡管兩組在標準免疫治療療效終點（如ORR、DCR和PFS）上無顯著差異，但COPD組患者在血清腫瘤標志物（如CEA和NSE）的降低上更為顯著。在4期患者中發現，COPD組的DCR更高，血清腫瘤標志物降低更顯著。表明COPD可能與LUAD患者更有利的免疫治療反應相關。
2. LUAD患者腫瘤細胞和腫瘤免疫微環境單細胞圖譜
為闡明表型發現隊列中發現的潛在機制，對來自3名有COPD的LUAD患者和3名無COPD的LUAD患者的腫瘤樣本、鄰近正常組織樣本以及外周血單個核細胞（PBMCs）進行了單細胞RNA測序（scRNA-seq）分析（圖1A）?；趍arker基因將細胞類型識別出包括上皮細胞、髓系細胞、T/NK細胞、B細胞、增殖細胞、內皮細胞、成纖維細胞、肥大細胞和血小板九種細胞類型，并且在樣本和樣本類型中一致存在（圖1B-D）。在腫瘤組織中，有COPD的LUAD患者的腫瘤樣本（tC）有更低的腫瘤細胞比例和更高的免疫細胞比例（圖1E）。在正常肺組織中，有COPD的LUAD患者的組織（nC）顯示出更高的髓系細胞比例和更低的T/NK細胞比例，與COPD肺組織預期的炎癥浸潤表型一致。然而，tC顯示出比無COPD的LUAD患者（tNC）更高的T/NK細胞比例和更低的髓系細胞比例。表明有COPD的LUAD患者的腫瘤表現出免疫學上“熱”腫瘤的特征，即細胞毒性免疫細胞的浸潤增加。在腫瘤和正常組織中，COPD組的B細胞比例均有所增加。兩組患者的PBMCs分析顯示，與無COPD的LUAD患者（pNC）相比，有COPD的LUAD患者的PBMCs（pC）顯示出略低的髓系細胞比例，及T/NK細胞和B細胞略高的比例。
圖 1
3. 上皮細胞的異質性和轉錄組特征
為深入研究有或無COPD的LUAD患者的上皮細胞的異質性，對上皮細胞進行了無監督聚類，得到肺泡I型（AT1）細胞、肺泡II型（AT2）細胞、基底細胞、纖毛細胞、Clara細胞等，以及五個全部來源于腫瘤組織無法被歸類為正常細胞共12個細胞群（圖2A-C）。通過inferCNV分析發現，這五個群拷貝數變異（CNV）水平顯著升高，認定為惡性細胞（圖2D）。通過擬時序估的他們的分化狀態，與正常上皮細胞相比，五個腫瘤來源的上皮細胞簇在軌跡上處于不同的階段（圖2E）。并且發現，有COPD的LUAD患者惡性細胞的inferCNV水平更低，表明其惡性程度相對較低，在發育軌跡上也更接近正常細胞，且其轉錄組特征與無COPD患者存在顯著差異（圖2D-F）。人類白細胞抗原（HLA）在腫瘤抗原呈遞和免疫反應激活中的關鍵作用，結果顯示，有COPD的LUAD患者惡性細胞中HLA-I激活占主導，而無COPD患者中HLA-II激活占主導（圖2G-J）。通過獨立免疫治療反應隊列分析發現，HLA-I高表達的腫瘤患者預后較好，而HLA-II高表達的腫瘤患者預后較差（圖2K-L）。
圖 2
4. T細胞和NK細胞的分布及功能特征
對T/NK細胞進行細分注釋得到NK_CD56+、NK_CD16+_C1和NK_CD16+_C2三種NK細胞亞群、CD4_Tn、CD4_Tem、CD4_Tex等七種CD4+ T細胞亞群、CD8_Tn、CD8_Trm、等四種CD8+ T細胞亞型，以及一個增殖的T細胞亞群（圖3A和B）。這些細胞亞群在不同患者、樣本類型以及有或無COPD的LUAD患者樣本中表現出不同的分布（圖3C）。與tNC相比，tC組的CD8+ T細胞和NK細胞的總體浸潤水平更高，但CD4+ T細胞的浸潤水平更低（圖3D）。對于CD4?T細胞亞群而言，免疫抑制性的CD4_Tex和CD4_Treg細胞在腫瘤組織中相對于正常肺組織顯著增加；與tNC相比，tC組CD4_Ctl細胞的比例更高，而CD4_S100A6?細胞的比例更低（圖3E）。對于NK細胞，細胞毒性較強的NK_CD16?_C1細胞在伴隨COPD的tC組和nC組富集，而細胞毒性較弱的NK_CD16?_C2亞型在非COPD患者中更為常見（圖3F和G）。此外，CD8_Tem細胞的比例tC組相對于tNC組更高，CD8_Tex細胞的比例更低。這些結果表明，在患有COPD的LUAD患者的腫瘤免疫微環境中，具有細胞毒性潛力的腫瘤浸潤免疫細胞的豐度有所增加。
圖 3
5. CD8+T細胞的不同動力學和功能狀態
CD8+ T細胞在腫瘤進展和免疫治療反應中的關鍵作用，基于發育分支和進化時間過程，將這些CD8+ T細胞進行擬時序分析，分為六個階段，包含八個細胞亞型（圖4A-B）。分析結果顯示，CD8+ T細胞從CD8_Tn（第1階段）有效轉變為具有高度細胞毒性的CD8_Tem（第2a、3、4、5階段）和CD8_Trm（第2b階段），最終發展為高度耗竭的CD8_Tex（第6a、6b階段）細胞（圖4C-D）。值得注意的是，盡管高度耗竭的晚期CD8+ T細胞在腫瘤組織中占主導地位，但來自COPD患者的CD8+ T細胞也包含一個具有高度細胞毒性的中間階段CD8+ T細胞亞群（圖4E）。這一結果通過mfIHC得到驗證，與tNC相比，tC組的GZMK+CD8+ T細胞的數量和細胞毒性評分顯著更高（圖4F-H）。這些發現表明，與無COPD的患者相比，有COPD的LUAD患者的腫瘤免疫微環境（TIME）具有更強的腫瘤殺傷能力。特別是6b階段細胞僅存在于腫瘤組織中，并且TIGIT、LAG3、PDCD1等免疫檢查點相關基因的高表達為特征，可能有助于解釋有COPD和無COPD的LUAD患者之間免疫治療反應的差異。通過對CD8_Tex的表達譜差異分析發現，細胞毒性標記物GZMB和KLRD1在tC組高表達，免疫球蛋白相關基因包括IGHG4、IGKC、IGLC2等同樣在tC組高表達，這反映了更強的促炎和抗腫瘤能力（圖4I）;CTLA4、LAG3、TIGIT等基因在tN組的表達顯著上調（圖4J），這也意味著有COPD的LUAD患者可能對免疫治療有更好的反應（圖4J）。值得注意的是，在tN患者腫瘤浸潤性CD8_Tex細胞中，與免疫治療反應密切相關趨化因子配體13（CXCL13）的表達顯著增加，并通過mfIHC進一步驗證（圖4K-M）。
在免疫治療反應隊列中，CXCL13高表達的患者對免疫治療的反應更好（圖4N）。這些發現表明，有COPD和無COPD的LUAD患者腫瘤浸潤性CD8_Tex細胞之間的差異可能是導致免疫治療反應差異的原因，COPD患者中CXCL13+ CD8_Tex細胞的高豐度可能發揮了關鍵作用。
圖 4
6. 髓系細胞亞型的不同分布
對髓系細胞進行亞群細分，注釋得到4個組織駐留巨噬細胞群、3個單核細胞衍生巨噬細胞群、3個單核細胞群、3個樹突狀細胞群、1個中性粒細胞群和1個增殖巨噬細胞群（圖5A-B）。來自腫瘤和正常肺組織的髓系細胞在不同亞型之間分布較為平衡，而來自PBMC的髓系細胞主要由單核細胞和樹突狀細胞組成（圖5C）。促炎、抗炎和HLA功能基因集的表達分析發現，TRM4表現出促炎基因的高表達水平，MDM1表現出促炎和抗炎基因特征；MDM2顯示出對趨化因子（如CXCL9、CXCL10和CXCL11）和HLA-I類分子（包括HLA-A、HLA-B和HLA-C）的特異性高表達，表明其具有獨特的促炎表型及與CD8+ T細胞存在相互作用；相反，MDM3表現出抗炎因子（如IL10、CD163和FOLR22）的特異性高表達（圖5D）。M1和M2極化評分也表明，MDM2代表一種促炎的M1樣巨噬細胞表型，而MDM3則對應一種抗炎的M2樣巨噬細胞表型（圖5E）。TRMs和MDMs主要來源于腫瘤和正常肺組織，TRMs在腫瘤和正常肺組織中的整體分布相對一致，MDM在nC組中的豐度更高，表明在受COPD影響的正常肺組織中同時存在促炎和抗炎狀態，并且tC組的MDM2具有顯著更高的促炎能力（圖5F-G），這些發現突顯COPD在促進或維持腫瘤組織中具有促炎功能的MDM2亞群中的作用。對DCs進行了全面分析發現，tC組有較低豐度的cDCs，較高豐度的mregDCs。此外，mregDCs表達共刺激分子（如CD40、CD80和CD86），表現出成熟的激活表型，這些分子有助于招募各種浸潤性T細胞亞群，還表現出增強的遷移能力和免疫調節能力（圖5H）。值得注意的是，樹突狀細胞的成熟評分與免疫調節和遷移評分呈正相關，這表明cDCs在成熟過程中會向引流淋巴結遷移，最終轉變為mregDCs，并在腫瘤免疫微環境（TIME）中誘導免疫耐受（圖5I-K）。因此，mregDCs在有COPD的LUAD患者腫瘤組織中的富集可能會增強這些患者對免疫治療的反應性。
圖 5
7. 免疫微環境中B細胞浸潤和活性的增強
對B細胞進行亞群細分，注釋得到naïve B cells、PCs和三個memory B cells亞群共5個細胞亞群（圖6A-B）。無論是正常肺組織還是癌性肺組織，COPD患者的肺組織中B細胞/漿細胞的豐度均顯著增加，這表明COPD促進了它們在肺腫瘤免疫微環境（TIME）中的積累（圖6C）。來自tC組的記憶B細胞表現出更高的HLA基因表達水平（圖6D）。對PC細胞進行差異分析及富集分析發現，tC組B細胞受體信號通路和抗原受體介導的信號通路等與免疫反應激活相關通路激活，tNC組與蛋白質穩態和凋亡信號通路相關激活（圖6E-G）。并且tN組中漿細胞的免疫球蛋白亞型基因表達水平顯著更高，表明其激活程度增加（圖6H）。這些發現強調了有COPD的LUAD患者腫瘤組織中記憶B細胞更強的抗原呈遞能力以及漿細胞增強的功能活性，這可能有助于腫瘤免疫治療的反應性。
圖 5
8. 惡性細胞和免疫細胞之間配體-受體細胞間相互作用的影響
為進一步探究惡性細胞與免疫細胞之間的相互作用，利用CellChat推斷其配體-受體相互作用（圖7A）。結果顯示，在COPD條件下（tC），相互作用的總數和強度顯著增加(圖7B)，特別是在tC中，MDM2亞群的外向相互作用強度顯著增加，表明MDM2在有COPD的LUAD患者中具有更高的功能活性；有趣的是，在tC中，CD4+ T細胞、CD8+ T細胞和NK細胞來自其他譜系（尤其是惡性細胞）的傳入信號顯著增強；mregDC細胞向惡性細胞和髓系細胞亞群發出的信號減弱，尤其是對癌細胞的影響更為明顯（圖7C）。進一步分析與腫瘤內免疫反應相關的CD4+ T細胞、CD8+ T細胞和NK所接收到的細胞信號，結果發現，在tC中，CD4+ T細胞以HLA-II為主，NK細胞和CD8+ T細胞則以HLA-I為主；這些發現表明，在tC中，免疫激活信號得到了增強，可能會提高免疫活性的程度（圖7D）。深入了解MDM2對這三種免疫效應細胞類型的調控作用，結果表明，在tC中，這三種細胞類型從MDM2接收到的信號增強，主要涉及HLA-I、HLA-II、TNF、FN1、半乳糖凝集素以及其他促免疫信號通路（圖7E）。
圖 7
總結
研究發現，COPD患者的腫瘤細胞表現出更高的HLA-I表達和較不具侵襲性的表型。同時，這些患者的腫瘤免疫微環境（TIME）更為活躍，表現為自然殺傷（NK）細胞、效應CD4+ T細胞和效應CD8+ T細胞的浸潤增加，以及表達免疫檢查點基因的CXCL13+CD8+ T細胞和成熟調節性樹突狀細胞（mregDC）數量的增加。這些特征共同促進了COPD患者對免疫治療的更好反應。本研究為針對COPD患者的LUAD治療策略的優化提供了理論基礎，為理解其增強的免疫治療反應機制提供了全面的資源，并為開發新的免疫治療增強方法鋪平了道路。
參考文獻：
Huang Y, Liang B, Chen X, et al. Enhanced immunotherapy response in lung adenocarcinoma patients with COPD: insights into tumor cells and immune microenvironment characteristics. Cell Commun Signal. 2025 Jul 4;23(1):324. doi: 10.1186/s12964-025-02332-7 . PMID: 40616101.
伯優®單細胞測序組織保存液專為人、小鼠等動物新鮮組織樣本的保存和運輸而設計。組織在4°C條件下保存72小時以內，可制備成高活率的細胞懸液，滿足單細胞測序的實驗要求。