Cancer cell | 张泽民院士领衔！揭秘直肠癌新辅助治疗如何特异性重塑T细胞和内皮细胞

直肠癌在结直肠癌（CRC）的病例总数和死亡人数中占比均超过1/3，其发病率在全球排名第三，死亡率排名第二。局部晚期直肠癌（LARC）定义为II/III期，或T3/T4期的原发肿瘤或淋巴结转移，推荐治疗策略包括全新辅助治疗、新辅助化疗（nCT）和新辅助放疗（nRT）。全新辅助治疗能够提高病理完全缓解（pCR）率、减少远处转移并改善生存结果。全新辅助治疗成为LARC的标准疗法，但其疗效背后的免疫重塑机制尚不明确。 2025年11月，重庆医科大学/北京大学张泽民院士、中山大学肿瘤防治中心丁培荣主任、北京大学朱琳楠副研究员、重庆医科大学程斯进教授及高千千教授等合作团队在Cancer Cell（IF44.5）上发表题为“Remodeling of T and endothelial cells during total neoadjuvant therapy in rectal cancer”的研究性文章。该研究通过scRNA-seq、scTCR-seq和空间转录组对治疗前后配对的样本进行分析，描绘了不同新辅助疗法诱导的肿瘤微环境（TME）动态变化，揭示新辅助治疗后肿瘤微环境的重塑机制，并为LARC治疗反应的免疫基础提供了机制见解。  


  26名LARC患者92个样本（包括44个血液样本和48个肿瘤组织样本）



  步骤1：新辅助放化疗后LARC肿瘤微环境中的细胞组成分析； 步骤2：LARC TME细胞类型组成由不同的新辅助疗法调控； 步骤3：IFNG⁺CD8⁺Tem频率及IFNG信号预测LARC患者全新辅助治疗治疗效果； 步骤4：肿瘤浸润的IFNG⁺CD8⁺Tem细胞可能是由内皮细胞从外周血中招募而来； 步骤5：CD8⁺T细胞与内皮细胞之间可能存在相互调节作用；


  1. 新辅助放化疗后LARC肿瘤微环境中的细胞组成 26名LARC患者接受nCT和全新辅助治疗治疗，发现nCT治疗的患者有62%病情稳定，38%达到部分缓解（PR），而全新辅助治疗治疗的患者73%达到部分缓解（PR），27%达到完全缓解（CR）。在新辅助治疗前（Pre）和治疗后（Post）的92个配对样本进行scRNA-seq和配对的scTCR-seq，得到19种细胞大类。新辅助治疗（尤其全新辅助治疗）后，恶性细胞数量下降，基质细胞数量增加，免疫细胞的变化呈现出更为复杂的模式，单核细胞、巨噬细胞的占比均有所增加，而B细胞数量下降，nRT后CD8⁺T细胞占比降低，Tregs增加，不同于全新辅助治疗组变化。通过scTCR-seq数据，分析新辅助治疗中扩增两个主要的Treg，即CD4-Treg-TNFRSF9和CD4-Treg-KLRB1，在nRT后扩增，但在nCT和全新辅助治疗后则减少，表明辐射后Treg的克隆扩增可能会在后续化疗后减少。配对样本中，CD8/Treg（CD4-Treg-TNFRSF9）值在nRT后降低，而全新辅助治疗后上升。综上，不同的新辅助治疗方式会显著重塑LARC的TME，而全新辅助治疗治疗可提高CD8/Treg的比值。 图1 LARC患者接受不同的新辅助治疗 图2 LARC TME细胞类型组成由不同的新辅助疗法调控   2. 新辅助治疗在细胞模块水平重塑LARC TME Pre样本富集增殖性T细胞、耗竭CD8-Tex-CXCL13及Treg，nCT和nRT样本表现出不同的细胞亚群分布，而全新辅助治疗具有两者共有的特征，也表现出独特的特性。划分七个具有独特组成特征的细胞模块（CM1至CM7），nCT后，TLS相关的CM3模块在增强，且与患者生存率呈正相关，而效应细胞和促炎模块CM2则减弱。空间转录组进一步支持nCT后TLS的增强，相比之下，nRT后CM3、CM1模块丰度下降，而CM2模块丰度增加，此外，在nRT和全新辅助治疗后CM6丰度显著降低，但在nCT后保持稳定。综上所述，不同的新辅助治疗方案显著重塑了LARC的肿瘤微环境。 图3 新辅助放化疗在CM层面上重塑了LARC的TME   3. IFNG⁺CD8⁺Tem频率及IFNG信号预测LARC患者全新辅助治疗治疗效果 在nRT后，CD8-Tem-IFNG比例下降，而在全新辅助治疗后上升，其丰度与肿瘤缩小程度正相关，表明其具有潜在的抗肿瘤功能。IFNG⁺CD8⁺Tem细胞表现出高水平的IFNG和激活标志基因（CD69、GZMH、GZMK和HLA-DRA），表明其在抗肿瘤免疫中的效应作用。全新辅助治疗治疗后，CD8⁺T细胞中的IFNG表达显著升高，CR患者中升高更明显且达到峰值，表明肿瘤中的IFNG表达情况可作为LARC患者临床反应的生物标志物。 除了重塑TME外，全新辅助治疗似乎对全身免疫系统产生了影响，外周血淋巴细胞（PBL）的IFNG信号传导水平升高，ROC曲线表明，IFNG标志能够区分接受全新辅助治疗治疗后的CR患者和非CR患者。 图4 IFNG⁺CD8⁺Tem频率及IFNG信号预测全新辅助治疗疗效   4. 肿瘤浸润的IFNG⁺CD8⁺Tem细胞可能是由内皮细胞从外周血中招募而来 在4名患者的Pre、nRT和全新辅助治疗配对样本中，发现nRT后下降的IFNG⁺CD8⁺Tem细胞在全新辅助治疗后恢复到更高水平，追溯其共享TCR亚群主要来源于血液中的CD8-Temra-CX3CR1、CD8-Tm-GPR183和CD8-NK-TYROBP。值得注意的是，全新辅助治疗后PBMC中CD8⁺T细胞与IFNG⁺CD8⁺Tem细胞共享TCR比nRT后数量更多，规模更大，表明肿瘤内这些克隆数量的增加是全新辅助治疗治疗后循环T细胞招募所致。 内皮细胞数量在nRT后上升，在全新辅助治疗后进一步上升，其丰度与IFNG⁺CD8⁺Tem正相关。受体-配体分析显示，ACKR1⁺内皮细胞与IFNG⁺CD8⁺Tem细胞的互作最强，且在全新辅助治疗治疗后特异性增加，表明ACKR1⁺内皮细胞招募T细胞的潜力最大，在空间转录组和免疫荧光实验中证实，即ACKR1⁺内皮细胞——可能在招募CD8⁺T细胞方面发挥关键作用。 图5 肿瘤浸润的IFNG⁺CD8⁺Tem细胞可能通过ACKR1+ECs从PBL招募而来   5. CD8⁺T细胞与内皮细胞之间可能存在相互调节作用 全新辅助治疗处理后内皮细胞富集粘附相关、抗原呈递和T细胞激活通路，抗原呈递水平提高。内皮细胞中MHC-I/MHC-II基因、IFNG信号通路、IFNG和IFNGR1表达增强，且与CD8⁺T细胞中的IFNG表达呈正相关，表明IFNG-IFNGR1轴在CD8⁺T细胞-内皮细胞相互作用中可能有潜在作用。同时，在全新辅助治疗治疗后，内皮细胞出现增强的IFNG正反馈，且与IFNγ形成正反馈调节的IL33的表达显著增加，此外，IL33的表达与CD8⁺T细胞中的IFNG表达显著相关，暗示CD8⁺T细胞和内皮细胞之间可能存在相互影响。通过体外实验证明IFNγ能够增强人脐静脉内皮细胞中与抗原呈递相关的MHC表达，获得类似抗原呈递细胞（APC）的能力，能够激活CD8⁺T细胞。 图6 由IFNγ刺激的内皮细胞可能在全新辅助治疗刺激下激活CD8⁺T细胞   该研究通过单细胞及空间转录组发现全新辅助治疗治疗后富集一群IFNG⁺CD8⁺Tem，揭示其与ACKR1⁺内皮细胞之间通过IFNG-IFNGR轴形成正反馈环路，增强内皮细胞的抗原呈递能力，从而共同促进了抗肿瘤免疫应答。综上，本研究系统描绘了新辅助治疗后的TME重塑，并为LARC治疗反应的免疫基础提供了独到的机制见解。



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