撰文 | 染色體

腫瘤微環境（TME）與外周免疫系統持續互作，循環免疫細胞不斷浸潤并發生擴增，從而深刻影響抗腫瘤免疫效應及治療反應【1】。盡管單細胞RNA測序與TCR/BCR測序已系統揭示適應性T細胞的克隆動態，但由于先天免疫細胞缺乏體細胞重排事件，其在人體組織中的譜系追蹤長期受限。

近日，來自斯坦福大學病理學系的Ansuman T. Satpathy和遺傳學系的Vincent Liu，與紀念斯隆凱特琳癌癥中心的Caleb A. Lareau團隊共同在Cancer Cell期刊發表題為Clonal lineage tracing of innate immune cells in human cancer（人類癌癥中先天免疫細胞的克隆演化追蹤）的文章。研究利用線粒體DNA（mtDNA）突變結合單細胞多組學測序，系統重建人類腫瘤中先天免疫細胞的克隆譜系關系，發現腫瘤相關髓系細胞主要來源于循環單核細胞，其分化命運可能在進入腫瘤微環境之前已受到外周表觀遺傳程序調控。

先天免疫細胞是腫瘤微環境中最豐富的免疫細胞群體之一，其來源復雜，包括組織駐留細胞與骨髓來源細胞【2】。盡管既往研究已對其多樣性進行了系統描繪，但其在不同組織中的浸潤模式、分化路徑、克隆選擇過程及細胞間譜系關系仍缺乏清晰解析。

Mitotrek構建腫瘤免疫克隆圖譜

為了實現跨組織單細胞譜系追蹤，研究基于線粒體單細胞轉座酶可及染色質測序（mtscATAC-seq），對肺癌與卵巢癌患者的腫瘤組織、正常肺組織及外周血樣本進行單細胞染色質可及性與mtDNA聯合測序，并開發高精度克隆推斷框架Mitotrek。該方法通過過濾高頻及潛在偽陽性mtDNA突變，顯著提高實體組織中克隆識別準確性，在已知克隆體系中達到85%–91%的準確率。基于該方法，研究構建了非小細胞肺癌（NSCLC）及卵巢癌多組學單細胞圖譜，系統解析數千個免疫、基質及腫瘤細胞克隆，發現同一克隆內細胞類型具有顯著一致性，從而為解析不同腫瘤微環境中的免疫譜系動態提供了可靠工具與框架。

腫瘤免疫細胞跨組織克隆動態圖譜

研究進一步系統解析肺癌與卵巢癌中腫瘤組織、匹配正常肺組織（NILT）及外周血中的免疫克隆結構與跨組織分布特征。結果顯示，腫瘤細胞及適應性免疫細胞（CD8+ T、CD4+ T、B細胞及漿細胞）表現出最顯著的克隆擴增，其中CD8+ T細胞在多個組織間均存在大規模克隆擴張，提示其在抗腫瘤免疫中的核心系統性作用。相比之下，髓系細胞（單核細胞、巨噬細胞及樹突狀細胞）整體克隆規模較小，提示其在骨髓輸出后缺乏持續性抗原驅動的大規模擴增，與適應性免疫細胞形成顯著對照。不同腫瘤類型中亦存在差異：肺癌中CD4+ T細胞克隆擴增更為顯著，而卵巢癌中CD4+ T細胞擴增明顯降低，提示不同腫瘤微環境對T細胞亞群具有選擇性塑造作用。此外，部分卵巢癌樣本中NK細胞出現寡克隆擴增，呈現一定類適應性免疫特征。跨組織分析進一步揭示空間分布規律：CD8+ T細胞克隆可在腫瘤、正常組織及外周血之間廣泛共享，體現系統性循環與擴增特征；而B細胞及漿細胞克隆主要局限于單一組織，提示其免疫反應以局部組織內發生與維持為主。正常肺組織與外周血之間克隆一致性最高，而與腫瘤之間較低，說明腫瘤環境對免疫克隆具有顯著重塑作用。在細胞類型間譜系關系方面，先天免疫細胞（單核細胞、巨噬細胞、DC及NK細胞）表現出高度跨細胞類型克隆共享，提示其來源于骨髓后快速進入外周組織并持續分化，且未經歷明顯克隆瓶頸。適應性免疫細胞及腫瘤細胞則呈現較強的細胞類型內克隆擴增特征，而基質細胞處于中間狀態。值得注意的是，髓系細胞在跨組織克隆共享中比例最高（約27%），顯著高于T細胞，提示其具有最廣泛的組織浸潤與分化能力。總之，研究系統揭示了腫瘤微環境與外周免疫系統之間的克隆動態差異：CD8+ T細胞代表系統性抗腫瘤擴增軸，B細胞反應主要局限于局部組織，而骨髓來源髓系細胞則展現出最強的跨組織遷移與多向分化潛能，共同構成腫瘤免疫克隆景觀的核心結構。

單核細胞驅動DC3來源與分化偏向

研究進一步聚焦髓系細胞譜系，通過NSCLC及卵巢癌樣本的高分辨率單細胞ATAC測序與mtDNA克隆分析，系統解析DC3來源及單核細胞分化軌跡。結果顯示，DC3在表觀遺傳層面同時呈現單核細胞、巨噬細胞及樹突狀細胞特征，其染色質開放區域及轉錄因子活性（AP-1、MAF、MiT-TFE等）與CD14+單核細胞高度相似，提示DC3來源于循環單核細胞的過渡狀態，而非經典樹突狀細胞譜系。克隆分析進一步顯示，DC3與循環及組織駐留單核細胞以及單核來源巨噬細胞（MoMΦ）具有高度克隆相關性，而與cDC2關聯較弱。同一mtDNA克隆可同時包含外周單核細胞與腫瘤內DC3，支持其連續分化關系，并在肺癌與卵巢癌中均得到驗證，提示該譜系關系具有跨腫瘤類型的普適性。進一步分析還發現，單核細胞在進入組織后呈現明確分化偏向：在正常肺組織中以單核細胞狀態為主，而在腫瘤中更多分化為巨噬細胞或DC3，提示TME促進其分化過程。更重要的是，不同克隆在進入組織前已存在內在命運偏好，可穩定分為DC偏向型與巨噬細胞偏向型。DC偏向單核細胞富集NF-κB、IRF、STAT2等促炎程序，在腫瘤中更易形成DC3；而巨噬細胞偏向單核細胞則富含MAF、NRF2等免疫抑制程序，更傾向生成MoMΦ并參與免疫抑制微環境構建。所以，研究表明DC3來源于循環單核細胞，并揭示單核細胞在進入腫瘤微環境之前即已被外周表觀遺傳程序預設分化命運，從而決定其在腫瘤中的功能分化路徑。

綜上所述，該研究利用體細胞線粒體DNA突變作為內源性譜系標記，結合mtscATAC-seq技術，對肺癌和卵巢癌患者腫瘤組織、正常組織及外周血共21.9萬余個單細胞進行系統分析，成功構建了人類腫瘤中先天免疫細胞的高分辨率克隆譜系圖譜，并揭示其跨組織遷移、分化及命運預設機制。

https://doi.org/10.1016/j.ccell.2026.05.006

制版人： 十一

參考文獻

[1] Pai, J.A., and Satpathy, A.T. (2021). High-throughput and single-cell T cell receptor sequencing technologies.Nat. Methods18, 881-892.

[2] van Vlerken-Ysla, L., Tyurina, Y.Y., Kagan, V.E., and Gabrilovich, D.I. (2023). Functional states of myeloid cells in cancer.Cancer Cell41, 490-504.

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