单细胞转录组解析结肠癌SPP1+巨噬细胞亚群的异质性功能及其靶向价值

本研究针对结肠癌肿瘤微环境（TME）中巨噬细胞异质性机制不清的难题，通过单细胞RNA测序（scRNA-seq）技术鉴定出5个巨噬细胞亚群，其中SPP1+巨噬细胞亚型在肿瘤组织中特异性富集，并表现出糖酵解代谢增强、溶酶体活性升高及免疫抑制功能。研究进一步发现该亚型通过FTL-SCARA5/FTH1-SCARA5轴与成纤维细胞交互作用，计算模拟SPP1基因敲除揭示其调控MHC II类分子通路。该成果为结肠癌免疫治疗提供了新靶点。

在全球范围内，结肠癌是癌症相关死亡的主要原因之一，其发病机制复杂，肿瘤微环境（TME）中的免疫细胞扮演着关键角色。肿瘤相关巨噬细胞（TAM）作为TME中最丰富的免疫细胞群体，传统上被简单划分为促炎抗肿瘤的M1型和抑炎促肿瘤的M2型，但这种分类方式难以解释巨噬细胞在肿瘤中的功能多样性。近年来，分泌性磷蛋白1（SPP1，也称骨桥蛋白）被发现在多种癌症中高表达，并参与调控巨噬细胞与肿瘤细胞的相互作用，然而SPP1在结肠癌特定巨噬细胞亚型中的具体作用仍不明确。

为解决这一问题，赵嘉正等人联合海南大学、山东省第一医科大学第二附属医院及海南省人民医院的研究团队，在《Discover Oncology》上发表了题为“单细胞转录组分析揭示结肠癌巨噬细胞亚群的异质性及功能特征”的研究。该研究通过单细胞RNA测序（scRNA-seq）对3例结肠癌患者的肿瘤组织和癌旁正常组织进行分析，结合伪时间轨迹、转录因子调控网络、细胞间通讯及计算模拟基因敲除等多维度技术，系统揭示了巨噬细胞亚群在结肠癌TME中的功能异质性。

研究人员首先从46,528个细胞中鉴定出10个主要细胞类型，并进一步将单核吞噬细胞（MP）划分为5个亚群：增殖性MP、巨噬细胞、单核细胞、成熟树突状细胞（DC）和常规树突状细胞。伪时间轨迹分析显示，巨噬细胞亚群呈现从单核细胞向不同功能状态分化的连续谱系，其中Macrophages_SPP1亚型在肿瘤组织中显著富集。该亚型高表达M2型标志物，且功能富集分析提示其与糖酵解、溶酶体活性、细胞外基质（ECM）重塑及血管生成等通路密切相关。

为进一步揭示Macrophages_SPP1亚型的免疫功能，研究者通过CIBERSORT和单样本基因集富集分析（ssGSEA）发现该亚型具有类似活化肥大细胞的免疫特征，且与缺氧、血管生成通路显著相关。细胞间通讯分析进一步表明，在肿瘤样本中，Macrophages_SPP1与成纤维细胞间的相互作用显著增强，其中FTL-SCARA5和FTH1-SCARA5配体-受体对可能介导了铁代谢相关的基质重塑过程。

研究还利用scTenifoldKnk工具进行了SPP1计算敲除模拟，发现93个稳定响应基因，其中13个基因在TCGA结肠腺癌（COAD）数据集的SPP1高表达组中同步上调。这些基因显著富集于MHC II类分子复合物形成、抗原处理与呈递等通路，提示SPP1可能通过调控抗原呈递机制参与免疫抑制微环境的塑造。

关键技术方法包括：从3例未接受术前治疗的结肠癌患者获取肿瘤与癌旁组织，利用GEXSCOPE®单细胞RNA文库试剂盒进行scRNA-seq建库；采用Scanpy进行质控与聚类，Harmony校正批次效应；通过Monocle2/3进行伪时间轨迹分析，pySCENIC构建转录因子调控网络，CellphoneDB推断细胞间通讯；结合CIBERSORT、ssGSEA评估免疫特征，并运用scTenifoldKnk进行SPP1计算敲除模拟。

3.1 单核吞噬细胞亚型的鉴定与伪时间轨迹分析

研究通过scRNA-seq成功识别出5个单核吞噬细胞亚群，伪时间轨迹显示巨噬细胞分化呈现连续性转录状态变化，Macrophages_SPP1亚型在肿瘤中富集。

3.2 巨噬细胞亚型的鉴定与功能特征

Macrophages_SPP1高表达M2标志物，功能分析显示其与糖酵解、溶酶体活性及免疫调节通路相关，独立数据集验证了该亚型在肿瘤组织中的特异性分布。

3.3 Macrophages_SPP1亚型的功能特征

该亚型在脂代谢、ECM重塑和血管生成通路中活性显著，转录因子调控网络分析提示其参与TNF、TGF-β等肿瘤相关信号通路。

3.4 巨噬细胞亚型的免疫特征与功能通路活性

CIBERSORT与ssGSEA分析表明Macrophages_SPP1具有类似活化肥大细胞的免疫特征，且与血管生成、缺氧通路正相关，体现其促肿瘤表型。

3.5 巨噬细胞与基质及癌细胞的相互作用增强

细胞通讯分析揭示肿瘤样本中Macrophages_SPP1与成纤维细胞通过FTL/FTH1-SCARA5轴交互增强，可能促进基质重塑。

3.6 模拟SPP1敲除揭示巨噬细胞基因表达变化

计算敲除模拟识别出93个SPP1调控的稳定基因，富集分析表明其参与MHC II类分子通路，提示SPP1在免疫调控中的核心作用。

本研究首次在单细胞层面系统揭示了结肠癌中SPP1⁺巨噬细胞亚型的独特功能及其与成纤维细胞的交互网络，提出了SPP1-FTL/FTH1-SCARA5轴作为潜在治疗靶点。尽管样本量有限且缺乏体内验证，该研究通过多组学整合分析为理解TAM异质性提供了新视角，为开发结肠癌免疫治疗策略奠定了理论基础。未来需通过大样本队列、空间转录组及功能实验进一步验证其临床转化价值。