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2025年2月18日，复旦大学附属肿瘤医院李清国/蔡国响教授团队通过单细胞RNA测序（scRNA-seq）技术分析了结直肠癌及其腹膜转移的转录组特征，揭示了肿瘤细胞和TME的重塑如何促进腹膜转移。相关文献以“Microbiome dysbiosis, neutrophil recruitment and mesenchymal transition of mesothelial cells promotes peritoneal metastasis of colorectal cancer”为题发表在国际著名学术期刊《自然·癌症》（Nature Cancer）上。
值此良机，医脉通特邀李清国教授分享研究结果。
单细胞景观揭示CRC与PM的细胞转录变化
研究团队共收集来自12名接受原发癌和腹膜转移癌同期手术切除的同时性结直肠癌腹膜转移患者的48个配对样本（包括原发灶CRC、正常结肠组织、腹膜转移病灶PM、正常腹膜组织等），利用单细胞转录组测序技术（scRNA-seq）描绘了CRC-PM的单细胞全景图谱（图1）。结果显示：相对于正常结直肠组织，原发灶微环境中富集了大量中性粒细胞，而负责黏膜免疫的IgA
图1 结直肠癌腹膜转移单细胞全景图
研究者采用一致性非负矩阵分解（cNMF）方法，识别了42个恶性细胞程序，并基于其在患者间的共表达模式进行了功能注释。分析结果显示，程序11、13和22在两组样本中表达差异显著（图2），提示细胞周期调控、炎症反应以及上皮-间充质转化（EMT）等生物学过程在腹膜转移过程中扮演关键角色。
图2 结直肠癌原发灶与腹膜转移灶的恶性细胞程序
炎症反馈回路与免疫抑制促进腹膜转移
研究进一步表明，结直肠癌微环境中存在大量高表达微生物模式识别受体NLRP3的中性粒细胞，并且黏膜免疫细胞的显著减少，提示结直肠癌原发灶微环境可能存在微生物失衡。通过细胞间相互作用网络分析，研究者揭示了中性粒细胞与肿瘤微环境中其他细胞类型的复杂相互作用模式。通过另一独立队列的16S rRNA测序、荧光原位杂交（FISH）染色及多色免疫荧光（mIHC）分析，研究者进一步验证了肠道肿瘤微环境中黏膜免疫功能的崩溃以及微生物群落的失调（图3）。值得注意的是，中性粒细胞在结直肠肿瘤微环境和腹膜转移微环境中呈现出截然不同的分布模式，说明其功能可能也迥异：在结直肠肿瘤微环境中显著富集的中性粒细胞可能具有促肿瘤特性，而在腹膜转移微环境中缺失的中性粒细胞则可能发挥抗肿瘤作用。
图3 结直肠癌原发灶黏膜免疫功能的崩溃以及微生物群落的失调
转录组分析表明，结直肠肿瘤微环境中富集的中性粒细胞以NFKB1转录因子的高度激活为特征，而腹膜转移微环境中缺失的中性粒细胞则显著高表达STAT4转录因子。进一步通过细胞共培养实验验证了，NFKB1激活的中性粒细胞能够促进肿瘤细胞的增殖，而STAT4激活的中性粒细胞则表现出抑制肿瘤生长的能力（图4）。基于这些实验结果，研究者提出，结直肠癌微环境中促肿瘤表型中性粒细胞、炎症表型肿瘤细胞联合黏膜免疫功能的崩溃以及微生物群落的失调共同形成了一个炎症性正反馈环路，这一环路持续推动肿瘤的进展和恶性转化。
图4 结直肠癌原发灶与腹膜转移灶的中性粒细胞功能不同
此外，研究发现CXCL14在正常腹膜组织中高表达，其主要由间充质干细胞（MSCs）和脂肪干细胞（ASCs）分泌。然而，在腹膜转移组织中，这一特征则出现缺失。研究者进一步通过免疫组化和流式细胞术验证了CXCL14在正常腹膜组织中的特异性表达模式，并通过趋化实验证实了CXCL14对中性粒细胞的趋化作用。这些结果表明，CXCL14的缺失可能解释了中性粒细胞在腹膜转移组织中的耗竭，从而削弱了肿瘤微环境的免疫监视功能，促进了肿瘤的转移和进展。
靶向间皮细胞抑制腹膜转移
鉴于上述间质细胞的改变，研究者结合体外实验论证了在腹膜转移灶中间皮细胞发生间皮-间充质转化（MMT）转化，并由此促进肿瘤细胞侵袭。因此，研究者提出靶向间皮细胞MMT（抗MSLN抗体）干预从而抑制腹膜转移的治疗策略。分别从共培养模型、原位瘤模型和动物腹膜转移模型验证了靶向MSLN的治疗效果，为干预结直肠癌腹膜转移提供新的靶向治疗方向（图5）。
图5 靶向MSLN+间皮细胞抑制腹膜转移
该研究从全新的角度系统性阐明了结直肠癌腹膜转移模式，即肿瘤细胞在转移过程中经历的转录组层面的表型转变：在结直肠微环境中肿瘤细胞展现上皮与炎症特征，继而在腹膜微环境中呈现明显的间充质特征；同时，原发灶及转移灶不同的免疫及间质微环境也各自经历了重大重塑，从而为肿瘤在两个部位的生长和扩散创造了有利条件。这些细胞与分子层面的发现为结直肠癌腹膜转移的临床干预提供了新的思路与潜在靶点。
研究者说
复旦大学附属肿瘤医院主任医师李清国、北京大学博士后肖义炜、复旦大学附属肿瘤医院医师韩灵雨、博士生罗文钦为论文的共同第一作者。复旦大学附属肿瘤医院大肠外一科蔡国响教授，北京大学生物医学前沿创新中心白凡教授和美国希望之城贝克曼研究所Ajay Goel教授为该论文的共同通讯作者。研究团队后续将进一步开展临床试验，探索这一新的治疗策略在结直肠癌腹膜转移防治中的临床应用前景。
同期Nature Cancer 杂志发表专题 News & Views: Shaping the microenvironment in peritoneal metastases 来重点评述这一科学发现。认为这项研究为转移性肠癌的研究提供了一个极具价值的数据集。研究构建的结直肠癌、腹膜转移、正常结肠组织及正常腹膜组织的综合图谱，将为研究大肠癌和腹膜免疫系统的科研人员提供重要资源，并可能大肠癌患者的未来治疗策略提供启发。在特定临床情境中（如高风险局部病变患者），靶向间皮细胞及其间皮-间质转化（MMT）过程可能对腹膜转移患者的治疗具有潜在益处。评述还强调，鉴于腹膜转移灶独特的肿瘤免疫微环境（TIME）与其他转移位点存在的差异，针对晚期结直肠癌患者开发更有效的治疗方案，可能需要根据转移部位特点制定特异性干预策略。
总而言之，该研究阐明了结直肠癌细胞由原发灶至腹膜转移灶时发生的复杂表型改变，鉴定了结直肠原发灶微环境中富集的促肿瘤表型中性粒细胞与腹膜转移灶微环境中缺失的抗瘤表型中性粒细胞，揭示了原发灶及转移灶两种截然不同的微环境重塑如何促进肿瘤发展，并进一步提出了针对间充质转变后的MSLN+间皮细胞的干预腹膜转移的策略，为结直肠癌腹膜转移的临床诊疗实践提供了新的理论依据。
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