微生物群失调、中性粒细胞募集和间皮细胞间质转化促进结直肠癌腹膜转移

背景介绍

结直肠癌（colorectal cancer, CRC）是全球范围内发病率和死亡率均较高的恶性肿瘤之一。据统计，2020年全球约有187万例新发结直肠癌病例，其中91.5万人因此死亡。结直肠癌的腹膜转移（peritoneal metastasis, PM）是常见的转移途径之一，约5%的患者在初次手术时即发现腹膜转移，且预后极差，未经治疗的患者中位生存期仅为5个月。目前，细胞减灭术联合腹腔热灌注化疗是唯一可能治愈的治疗手段，但复发率高达50%-90%。因此，深入理解腹膜转移的病理生物学机制，寻找新的治疗靶点，成为当前研究的迫切需求。

近年来，单细胞RNA测序（single-cell RNA sequencing, scRNA-seq）技术的快速发展为研究肿瘤微环境（tumor microenvironment, TME）的异质性提供了前所未有的机会。通过该技术，研究人员可以全面解析肿瘤及其转移灶中的细胞组成，揭示肿瘤进展和转移的关键机制。本研究旨在通过scRNA-seq技术，结合功能实验，探索结直肠癌腹膜转移的分子机制，特别是微生物群失调、中性粒细胞募集及间皮细胞间质转化在其中的作用。

论文来源

本论文由来自复旦大学附属肿瘤医院、北京大学、City of Hope综合癌症中心等多家机构的研究团队共同完成，主要作者包括Qingguo Li、Yiwei Xiao、Lingyu Han等。论文于2025年3月发表在《Nature Cancer》期刊上，题为“Microbiome dysbiosis, neutrophil recruitment and mesenchymal transition of mesothelial cells promotes peritoneal metastasis of colorectal cancer”。

研究流程与结果

1. 单细胞RNA测序揭示结直肠癌及腹膜转移的细胞图谱

研究团队首先对12名未经治疗的结直肠癌患者进行了单细胞RNA测序，共分析了48个匹配样本，包括原发结直肠癌、腹膜转移灶、肝脏转移灶及其相邻的正常组织。通过10x Genomics技术，研究团队成功获得了316,069个单细胞的高质量转录组数据，并构建了结直肠癌及腹膜转移的单细胞图谱。

研究将细胞分为八大类：上皮细胞、T/NK淋巴细胞、B细胞、浆细胞、髓系细胞、中性粒细胞、肥大细胞和基质细胞。进一步细分后，发现了多种细胞亚群，包括不同亚型的中性粒细胞、巨噬细胞、成纤维细胞等。通过对比分析，研究团队发现腹膜转移灶中的基质细胞显著增加，而肥大细胞和中性粒细胞相对减少。

2. 中性粒细胞在结直肠癌及腹膜转移中的差异分布

研究团队发现，中性粒细胞在结直肠癌微环境中显著富集，而在腹膜转移灶中则显著减少。通过受体-配体相互作用网络分析，研究团队揭示了结直肠癌中中性粒细胞募集的主要机制：上皮细胞、内皮细胞、成纤维细胞等通过表达CXCL1/2/3/6/8等趋化因子，吸引CXCR2/4+中性粒细胞。此外，结直肠癌微环境中的中性粒细胞高表达NLPR3，提示其可能通过感知细菌感染而募集。

通过荧光原位杂交（FISH）技术，研究团队证实了结直肠癌组织中存在大量细菌浸润，且肠道菌群失调与中性粒细胞募集密切相关。进一步的功能实验表明，结直肠癌中的中性粒细胞具有促肿瘤表型，而腹膜转移灶中的中性粒细胞则表现出抗肿瘤特性。

3. 间皮细胞间质转化在腹膜转移中的作用

研究团队发现，腹膜转移灶中的恶性细胞表现出显著的间质转化特征，且与间皮细胞的间质转化（mesothelial-to-mesenchymal transition, MMT）密切相关。通过单细胞RNA测序和功能实验，研究团队证实了间皮细胞在腹膜转移过程中转化为成纤维细胞，并促进了肿瘤细胞的侵袭和转移。

此外，研究团队还发现，间皮细胞间质转化与肿瘤细胞的直接相互作用密切相关。通过共培养实验，研究团队证实了间皮细胞与肿瘤细胞的共转化现象，并揭示了其潜在的分子机制。

4. 抗间皮素抗体抑制腹膜转移的潜力

基于间皮细胞间质转化在腹膜转移中的关键作用，研究团队探索了抗间皮素抗体（anti-MSLN）的治疗潜力。通过体外和体内实验，研究团队证实了抗间皮素抗体能够显著抑制间皮细胞的间质转化，并有效抑制腹膜转移的进展。

研究结论与意义

本研究通过单细胞RNA测序技术，结合功能实验，揭示了结直肠癌腹膜转移的分子机制，特别是微生物群失调、中性粒细胞募集及间皮细胞间质转化在其中的关键作用。研究结果表明，结直肠癌中的中性粒细胞具有促肿瘤表型，而腹膜转移灶中的中性粒细胞则表现出抗肿瘤特性。此外，间皮细胞的间质转化在腹膜转移中发挥了重要作用，抗间皮素抗体能够有效抑制腹膜转移的进展。

本研究的科学价值在于深入解析了结直肠癌腹膜转移的分子机制，为开发新的治疗策略提供了理论依据。此外，本研究还提出了通过工程化中性粒细胞和靶向间皮细胞间质转化来治疗肿瘤的潜在策略，具有重要的临床应用前景。

研究亮点

1. 单细胞RNA测序揭示结直肠癌及腹膜转移的细胞图谱：通过大规模单细胞RNA测序，研究团队构建了结直肠癌及腹膜转移的单细胞图谱，揭示了肿瘤微环境的异质性。
2. 中性粒细胞在结直肠癌及腹膜转移中的差异分布：研究团队发现结直肠癌中的中性粒细胞具有促肿瘤表型，而腹膜转移灶中的中性粒细胞则表现出抗肿瘤特性，揭示了中性粒细胞在肿瘤进展中的双重作用。
3. 间皮细胞间质转化在腹膜转移中的关键作用：研究团队证实了间皮细胞在腹膜转移过程中转化为成纤维细胞，并促进了肿瘤细胞的侵袭和转移，为理解腹膜转移的机制提供了新的视角。
4. 抗间皮素抗体抑制腹膜转移的潜力：通过体外和体内实验，研究团队证实了抗间皮素抗体能够显著抑制腹膜转移的进展，为开发新的治疗策略提供了实验依据。

其他有价值的信息

本研究还发现，结直肠癌中的肠道菌群失调与中性粒细胞募集密切相关，提示微生物群在肿瘤进展中的重要作用。此外，研究团队还提出了通过工程化中性粒细胞来治疗肿瘤的潜在策略，为肿瘤免疫治疗提供了新的思路。

本研究通过多层次的实验设计和深入的数据分析，揭示了结直肠癌腹膜转移的分子机制，为开发新的治疗策略提供了重要的理论依据和实验支持。