结直肠癌是一种胃肠道中常见的恶性肿瘤，也是世界范围内死亡率排名第四的癌症。PD-1抗体已被批准用于对部分结直肠癌患者的临床治疗中。由于免疫系统是一个复杂且具有高度动态性的可调节系统，理解免疫系统中各种免疫细胞的状态及其与肿瘤细胞之间的相互作用机制可以为免疫治疗提供更加明确的指导。单细胞测序便为以更高的分辨率解析肿瘤微环境提供了强有力的工具。
2020年4月16日，北京大学张泽民课题组联合北京大学人民医院申占龙课题组及美国安进（Amgen）公司Jackson G. Egen、Yu Xin团队，在国际期刊Cell上以Article形式发表了题为Single-Cell Analyses Inform Mechanisms of Myeloid-Targeted Therapies in Colon Cancer的研究论文。该研究在单细胞水平对结直肠癌患者的肿瘤微环境，尤其是其中浸润的髓系细胞类群进行了系统性的刻画，分析了肿瘤相关巨噬细胞的类群特征、谱系发育及细胞间相互作用关系。基于以上结果，研究团队分别在接受anti-CSF1R和anti-CD40激动剂的小鼠模型中进行了单细胞测序，并揭示了这两种靶向髓系细胞的免疫治疗策略潜在的作用机理。
研究者首先结合了10x及Smart-seq2两种技术，对结直肠癌患者的肿瘤组织、癌旁正常组织及外周血中的CD45+免疫细胞及CD45-非免疫细胞进行了单细胞转录组测序，刻画了高分辨率的结直肠癌免疫图谱。研究发现结直肠癌内的肿瘤相关巨噬细胞可以被分为SPP1+ TAM和C1QC+ TAM两个具有不同发育来源、不同细胞功能及不同细胞间相互作用关系的细胞类群。其中，C1QC+ TAM与多种T细胞发生相互作用，发挥细胞吞噬和抗原呈递的功能；SPP1+ TAM则主要与成纤维细胞发生相互作用，发挥促血管生成及促进肿瘤转移的功能。基于以上发现，研究者又通过单细胞手段在小鼠模型中探究了anti-CSF1R阻断型抗体及anti-CD40激动剂的作用机制。研究发现，anti-CSF1R阻断型抗体会影响处在细胞周期中的巨噬细胞的增殖，其会特异性地删除掉一定比例的具有C1QC+ TAM特征的巨噬细胞，却不会对具有SPP1+ TAM特征的巨噬细胞起到作用。Anti-CD40激动剂则可以通过激活DC细胞、促进Bhlhe40+ Th1细胞克隆增生以及增强Tem细胞在淋巴结和肿瘤间的迁移能力及Tem细胞与Trm细胞类群间的转换能力来发挥其免疫治疗作用。
该工作对此前团队针对结直肠癌肿瘤浸润T细胞的研究有很好的延续性和前瞻性。此前研究中发现MSI结直肠癌病人中会富集一群BHLHE40+ Th1样细胞，认为可能是该类型患者免疫治疗响应更好的原因之一。而对于MSS病人的治疗响应仍缺乏认识。在此项结合人鼠单细胞转录组的工作中，团队首次发现靶向DC的治疗策略anti-CD40可以显著地提高此类细胞的水平，为MSS病人的临床治疗策略提供一定的指导。而靶向TAM的药物机制的研究，将大大有助于后续靶点的挖掘及新的治疗策略的开发。
