论文速递｜Cell Reports Medicine：骨转移微环境单细胞图谱，为免疫联合治疗铺路（附全文解析）
文章题目：A pan-cancer single-cell transcriptomic atlas of human bone metastases 文章主题：人类泛癌骨转移单细胞转录组全景图谱 影响因子：14.0/Q1 发表期刊：Cell Rep Med 研究团队：中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心孙怡迪研究员团队、复旦大学附属肿瘤医院骨软组织外科主任严望军教授团队、海军军医大学第一附属医院邵杨教授团队与上海中医药大学中药研究所张继伟研究员团队 骨转移是实体瘤高发远处转移，乳腺癌、前列腺癌超 65% 患者、多种消化道与胸部肿瘤 30%–60% 患者会继发骨转移，以脊柱转移最为多见，易引发骨折、脊髓压迫、剧痛等骨相关不良事件，现有放疗、骨保护剂等手段仅能姑息，超三成患者仍持续进展；骨髓独特脉管与造血微环境会重塑肿瘤细胞、形成强免疫抑制生态，但过往单细胞研究多聚焦四肢骨转移，缺少覆盖多原发癌、以脊柱病灶为主的系统性单细胞图谱，骨转移灶内肿瘤、基质、免疫细胞的异质性及互作机制、免疫抵抗根源均不清晰，因此本研究开展泛癌脊柱骨转移单细胞测序，系统解析其分子特征并探索新型免疫联合方案。 ①样本收集：采集 53 例脊柱为主骨转移标本，配套同患者配对原发瘤、正常骨髓，整合 182 份原发瘤、37 份健康骨髓、44 份其他转移公共数据集； ②实验检测：全部新鲜样本开展单细胞 RNA 测序，石蜡组织留存用于免疫荧光、免疫组化原位验证； ③生信分析：整合所有测序数据，分群注释各类细胞，对比骨转移与其他组织的细胞、分子差异，筛选预后相关特征； ④体内验证：构建小鼠骨转移模型，验证 PD-1 联合 TIGIT 免疫疗法的治疗效果。 1. 泛癌骨转移的单细胞转录组图谱
本研究整合自建与公共样本超 130 万单细胞，绘制泛癌骨转移转录全景；分群注释所有细胞类型，证实肿瘤细胞高度异质，不同癌种基质、免疫浸润模式差异大，内皮与间充质细胞在骨转移中特异性富集，并经免疫染色验证肿瘤细胞占比特征。
图1. 泛癌骨转移单细胞转录组图谱 2. 骨转移肿瘤细胞中的转录程序
利用 NMF 算法筛选出跨癌种共 15 套保守癌细胞转录程序，归为细胞周期、应激反应、迁移三大功能亚群，据此将患者分为预后差异显著三类；对比配对样本发现骨转移癌细胞 MYC 通路与 NME2 表达特异性上调，高 MYC/NME、细胞周期程序活跃患者生存期更差，且三类癌细胞亚型对应完全不同的基质、免疫微环境组成。
图2. 癌细胞特征将骨转移样本划分为 3 类 3. 骨转移微环境中内皮细胞的分子异质性
该部分对骨转移内皮细胞分群得到 7 个亚型，对比多类组织证实静脉样毛细血管 EC5 在骨转移特异性富集；EC4 高血管生成基因、比例与肿瘤细胞丰度正相关，EC2/EC5 高缺氧与 SELE 选择素基因，SELE 阳性内皮在增殖型细胞周期组样本中富集，二者通过 TIMP1-CD63 通路与肿瘤细胞强互作，差异基因通路分别偏向血管发育、白细胞黏附，揭示 SELE 阳性特化血管构成肿瘤骨髓定植关键生态位。
图3. 泛癌骨转移中的内皮细胞亚型分析 4. 骨转移中间充质基质细胞的异质性及其分化特征
将骨转移间充质基质细胞细分为干细胞、成骨细胞、成纤维等多个功能亚群，证实 MSC-LRRC15 是骨转移富集的成骨前体细胞，可沿分化轨迹发育为缺氧型成骨细胞 2；基质细胞通过 COL1A1-ITGB1 与肿瘤细胞紧密黏附，缺氧成骨细胞 2 高 ENTHD1、SLC7A11，经 TIMP1-CD63 通路促肿瘤增殖，该亚型在细胞周期高增殖组大量富集，对应患者预后更差。
图4. 间充质基质细胞亚型特征分析 5. 骨转移灶中髓系细胞存在独特的转录组特征
将骨转移髓系细胞划分为巨噬细胞、MDSC、破骨细胞等 13 个亚群，证实各类髓细胞跨癌种转录模式保守；巨噬细胞通过 SPP1-CD44 / 整合素与肿瘤细胞紧密空间互作，SPP1 阳性巨噬细胞占比越高患者预后越差；MDSC-2、成熟破骨细胞在骨转移中特异性富集，破骨细胞为巨噬终末分化状态、高骨吸收相关基因，且在细胞周期组样本中大量富集，其丰度升高对应患者生存期显著缩短。
图5. 泛癌骨转移中的髓系细胞亚型分析 6. 骨转移微环境中 T 淋巴细胞耗竭
该部分解析骨转移微环境内 T 细胞亚群分化规律，发现耗竭型 CD8⁺T 细胞在病灶内显著富集，细胞高表达 PD-1、TIGIT 等多重免疫抑制受体，杀伤功能大幅衰退；轨迹分析证实 T 细胞持续向终末耗竭状态转化，耗竭程度越高患者预后越差；相较于原发瘤与其他转移灶，骨转移微环境调控形成重度免疫抑制状态，据此提出 PD-1 联合 TIGIT 双重阻断方案，可有效逆转 T 细胞耗竭、恢复抗肿瘤免疫能力。
图6 . 泛癌骨转移中的 T 细胞亚型分析 7. TIGIT 抑制剂重塑了骨转移病灶中 T 细胞亚型的组成
研究证实 TIGIT 抑制剂干预可显著重塑骨转移微环境 T 细胞亚群结构：药物能够下调终末耗竭 CD8⁺T 细胞比例，提升效应型功能性 T 细胞占比，降低 PD-1、TIGIT 等抑制性分子表达，缓解 T 细胞耗竭状态；同时联合 PD-1 抑制剂效果优于单药，可进一步激活抗肿瘤免疫、抑制肿瘤进展，为骨转移肿瘤联合免疫治疗提供了实验依据。
图7. 小鼠骨转移模型中 TIGIT 与 PD-1 联合治疗效果验证 本研究通过单细胞转录组技术系统绘制了泛癌骨转移完整微环境单细胞图谱，将骨转移癌细胞依据转录程序分为应激应答、迁移、细胞周期三类亚型，细胞周期亚型伴随 MYC 通路过度激活，患者预后最差；系统解析了内皮细胞、间充质基质细胞、髓系细胞、T 淋巴细胞的高度异质性，SELE 阳性内皮细胞、LRRC15⁺基质前体细胞、促肿瘤巨噬细胞、成熟破骨细胞及重度耗竭 T 细胞共同构筑免疫抑制性骨转移生态位，各基质免疫亚群丰度与癌细胞亚型密切联动并共同影响生存期；鉴于骨转移病灶内 T 细胞普遍发生严重耗竭，体内动物实验证实，TIGIT 抑制剂联合 PD-1 抑制剂可有效逆转 T 细胞耗竭，重塑 T 细胞亚群结构、恢复抗肿瘤免疫功能，显著抑制肿瘤骨转移进展，该研究阐明了骨转移定植的微环境调控机制，并为晚期肿瘤骨转移提供了双免疫检查点联合阻断的全新治疗策略。