胃癌化学免疫治疗期间中性粒细胞与巨噬细胞相互作用塑造炎症巨噬细胞重塑

《Cancer Science》：Neutrophil-Macrophage Interactions Shape Inflammatory Macrophage Remodeling in Gastric Cancer During Chemo-Immunotherapy

肿瘤微环境（TME）是胃癌（GC）中一个动态的生态系统，其中免疫、基质和恶性细胞共同影响治疗结果。尽管巨噬细胞和中粒细胞是TME的关键调节因子，但它们对不同治疗的协调反应仍不清楚。在本研究中，研究人员对来自初治（TN）患者、化疗（C）治疗患者、化疗加纳武利尤单抗（CN）治疗患者或化疗加曲妥珠单抗（CT）治疗患者的GC活检标本进行了单细胞RNA测序（scRNA-seq）。比较分析揭示了髓系区室的显著重塑，特别是涉及CN组。CN组中的中性粒细胞表现出转录重编程，其特征在于主要组织相容性复合体（MHC）II类分子表达、炎症激活以及成熟相关特征信号的富集。拟时序（Pseudotime）和配体-受体分析确定中性粒细胞是通过趋化因子和细胞因子信号与巨噬细胞沟通的重要信号发送细胞。这些中性粒细胞衍生的信号促进了巨噬细胞向CXCL10+M1样表型极化，并激活了炎症信号通路。使用同基因CT26小鼠模型进行的体内验证证实，中性粒细胞耗竭消除了奥沙利铂和PD-1阻断联合治疗的抗肿瘤功效，强调了这种串扰的功能重要性。总之，研究人员的发现表明，PD-1阻断联合化疗通过增强中性粒细胞-巨噬细胞相互作用来重编程GC TME，从而放大炎症信号并加强抗肿瘤免疫。这些结果突出了以髓系为中心的轴作为GC中免疫治疗反应潜在决定因素的重要性。

研究背景：胃癌（Gastric Cancer, GC）是全球范围内高发且致死率极高的恶性肿瘤，尤其在东亚人群中发病率较高。晚期GC的传统治疗主要依赖以氟嘧啶和铂类为基础的化疗，但患者预后较差，复发和转移率高。虽然靶向治疗（如抗HER2单抗曲妥珠单抗）和免疫检查点抑制剂（如抗PD-1单抗纳武利尤单抗）的应用拓展了治疗选择，但临床反应具有高度异质性，治疗敏感性与耐药性的决定因素尚未明确。肿瘤微环境（Tumor Microenvironment, TME）是一个由恶性细胞、免疫细胞（如T细胞、巨噬细胞、中性粒细胞等）、基质细胞及细胞外成分构成的复杂动态生态系统，细胞间的相互作用共同决定了肿瘤的进展及治疗响应。其中，巨噬细胞（具有M1样促炎和M2样免疫抑制的可塑性）和中性粒细胞（具有上下文依赖的促/抗肿瘤功能）是调节TME的关键髓系细胞，但它们在治疗干预下的动态互作及对TME重塑的机制仍不清楚。

本研究发表在《Cancer Science》，研究人员旨在通过高分辨率单细胞转录组学等手段，解析不同治疗方案（初治TN、化疗C、化疗+纳武利尤单抗CN、化疗+曲妥珠单抗CT）下GC活检标本的TME细胞组成与转录动态，重点阐明中性粒细胞与巨噬细胞在化疗-免疫治疗（Chemo-Immunotherapy）中的互作关系、功能变化及对抗肿瘤免疫的贡献。

主要关键技术方法：研究人员收集了日本国立癌症研究中心医院东病院2021年9月至2022年11月间接受上消化道内镜活检的GC患者样本，分为初治（TN，n=3）、化疗（C，n=7）、化疗+纳武利尤单抗（CN，n=5）、化疗+曲妥珠单抗（CT，n=3）四组；通过内镜活检钳获取瘤部位组织，使用人肿瘤解离试剂盒处理为单细胞悬液；利用10x Genomics Chromium单细胞3'基因表达平台构建scRNA-seq文库并进行Illumina NovaSeq 6000测序；对测序数据进行标准scRNA-seq处理、细胞类型注释（使用scType包）、差异基因表达（DEG）分析、基因集富集分析（GSEA）、拟时序（Pseudotime，Monocle3）分析、细胞间通讯（CellChat、CrossTalkeR）分析；同时使用CT26同基因小鼠模型进行体内抗肿瘤功效研究，设置Vehicle、奥沙利铂（Oxia）、抗PD-1单抗（mPD-1）、联合（Combo）及联合+抗Ly6G（中性粒细胞耗竭）组，通过流式细胞术分析肿瘤浸润免疫细胞亚群。

研究结果：

3.1 单细胞RNA测序揭示不同药物治疗下GC肿瘤微环境的动态重塑

研究人员通过对四组GC活检样本进行scRNA-seq，共获得约53,206个细胞，聚类注释出14种主要细胞类型（恶性细胞、经典单核细胞、内皮细胞、红细胞、成纤维细胞、ISG表达免疫细胞、巨噬细胞、肥大细胞、树突状细胞、初始B细胞、中性粒细胞、浆B细胞、T细胞及未分类细胞）。不同治疗组的TME细胞组成存在异质性：C组富集中性粒细胞、经典单核细胞及内皮细胞，T细胞减少，呈髓系丰富且免疫抑制的TME；CN组巨噬细胞富集，中性粒细胞减少，呈T细胞丰富且免疫活跃的TME。DEG分析显示CN组多数细胞类型（尤其是髓系细胞）基因上调，涉及激活标志物（如中性粒细胞的CD74、巨噬细胞的S100A8/S100A9、树突状细胞的CD80/CD86）、细胞因子/趋化因子及MHC分子，表明CN治疗驱动TME内髓系细胞的转录重编程。

3.2 化疗+纳武利尤单抗治疗中性粒细胞的功 能与成熟特征

研究人员对中性粒细胞进行亚聚类，鉴定出5个转录不同的亚群：Neut1（PADI4+ CPPED1+，NET形成相关）、Neut2（CD177+，不良预后相关）、Neut3（CXCL8+，促肿瘤进展相关）、Neut4（HLA-DRA+ CD74+，抗原呈递能力相关）、Neut5（SIGLEC15+ TGFBR1+，免疫抑制相关）。拟时序分析显示中性粒细胞轨迹为Neut2→Neut5/Neut3/Neut1→Neut4，Neut4为更成熟的终末激活状态。分布分析显示Neut4几乎仅在CN组富集；CN组中性粒细胞显著富集炎症相关特征、趋化因子/细胞因子受体、MHC II类分子及成熟标志物（CXCR4^HIGHCXCR2^LOW），且该转录特征由治疗干预驱动，与临床响应（PR/SD）无关。

3.3 CN治疗增强中性粒细胞-巨噬细胞相互作用并调节TME

细胞间通讯分析显示，TN中中性粒细胞主要与内皮细胞及自身互作，与巨噬细胞互作中等；C组中性粒细胞介导的互作急剧下降；CN组中性粒细胞互作增强，尤其与巨噬细胞的串扰显著加强，且中性粒细胞为主要信号发送者。聚焦于趋化因子/细胞因子配体-受体（LR）对的分析表明，CN组中性粒细胞-巨噬细胞间的CCL、VEGF、TNF及IL1A/B等LR信号显著富集，其中CCL信号通路的网络中心性分析确认中性粒细胞为关键发送者。同时，中性粒细胞在CN中也作为MIF（巨噬细胞迁移抑制因子）信号的关键接收者，CD74与CD44（MIF通路关键介质）在CN组中性粒细胞中显著上调，促进其存活与激活。

3.4 CN治疗诱导促炎巨噬细胞极化

研究人员对巨噬细胞进行亚聚类，鉴定出4个亚群：MφC1（SPP1+ CLEC5A+，免疫抑制/炎症相关）、MφC2（CCR2+ CX3CR1+，单核细胞招募/巨噬细胞滞留相关）、MφC3（CXCL10+，M1样，抗肿瘤）、MφC4（MRC1+，M2样，促肿瘤）。分布分析显示：TN组MφC3极少；C组MφC4扩展；CN组MφC1与MφC3显著增加，MφC2与MφC4减少，MφC3几乎仅存于CN组。GSEA与基因表达分析显示CN组巨噬细胞显著上调炎症相关基因签名、炎症相关分子及MHC I类分子（增强抗原呈递与CD8⁺T细胞激活），该特征同样由治疗驱动，与临床响应无关。

3.5 中性粒细胞在同基因CT26肿瘤模型中贡献化疗联合PD-1阻断的抗肿瘤功效

体内实验显示：单药mPD-1与联合治疗均具有显著抗肿瘤活性；但联合治疗加抗Ly6G中性粒细胞耗竭后，抗肿瘤功效显著减弱，肿瘤体积与Vehicle及Oxia组相当。流式分析证实抗Ly6G有效耗竭中性粒细胞；CN（Combo）组及mPD-1组中性粒细胞比例略减少但MHC-II⁺中性粒细胞比例增加；Combo及mPD-1组M1巨噬细胞富集、M2巨噬细胞减少，而中性粒细胞耗竭选择性减少M1巨噬细胞比例，总巨噬细胞比例无变化。结合临床样本scRNA-seq数据，表明化疗+PD-1阻断促进具有免疫活性的MHC-II⁺中性粒细胞出现，进而促进巨噬细胞向促炎M1表型极化。

讨论部分总结：

研究人员通过临床GC标本的高分辨率scRNA-seq分析，证明中性粒细胞-巨噬细胞串扰是药物扰动GC TME的关键特征，驱动炎症激活并重塑免疫细胞通讯。CN治疗下，中性粒细胞呈现成熟、激活表型，上调炎症相关基因与MHC II类抗原呈递分子，属于“老化中性粒细胞”，提示免疫调节与抗肿瘤活性；拟时序分析显示CN TME中中性粒细胞成熟分化。CN中中性粒细胞上调IFN-、TNF-、IL-及MHC-II基因签名，获得CXCR4^HIGHCXCR2^LOW成熟表型，HLA-DRA⁺CD74⁺种群位于拟时序终末区域；配体-受体分析显示中性粒细胞为MIF信号的主要接收者，细胞因子/IFN富集的TME促进其向抗原呈递成熟中性粒细胞分化，MIF信号维持其激活与存活；同时中性粒细胞-巨噬细胞的CCL3/4/5信号强化TME正反馈炎症环路；CN组HLA-DRA⁺CD74⁺中性粒细胞中ICAM1显著上调，可能促进与T细胞互作增强T细胞激活。

研究中OLR1在某些中性粒细胞亚群表达但缺乏典型抑制介质（如ARG1），提示这些亚群可能部分重叠PMN-MDSC表型但无明确抑制特征。CN中中性粒细胞-巨噬细胞通过趋化因子/细胞因子信号互作显著富集，巨噬细胞呈现免疫活性特征（炎症介质上调、M1样表型转化）；小鼠模型中性粒细胞耗竭减少M1样巨噬细胞极化，支持中性粒细胞塑造TME促炎巨噬细胞表型的作用，表明ICI重编程TME不仅通过T细胞，也通过髓系中心重塑促进固有免疫激活与细胞间协调。

该研究的转化意义包括：① 中性粒细胞成熟/激活状态可作为化疗-免疫治疗的预测生物标志物（优于总中性粒细胞计数）；② 中性粒细胞-巨噬细胞间的趋化因子/细胞因子信号通路可作为增强巨噬细胞介导抗肿瘤免疫的靶点；③ 药物调节该轴促进M1极化，可与ICI协同。局限性包括临床样本量较小、非配对采样、缺乏空间转录组信息。

研究结论：

研究人员证明了中性粒细胞-巨噬细胞相互作用在重塑GC TME免疫架构中的潜在作用，强调了靶向该髓系轴以优化免疫治疗响应的治疗潜力；这些发现为识别生物标志物、开发新治疗策略及改善GC患者临床结局提供了转化框架。

需要我帮你整理这篇论文的核心图表对应结论要点吗？