文献解析|食管小细胞癌生态系统的单细胞转录组学深度解析

Dissecting small cell carcinoma of the esophagus ecosystem by single-cell transcriptomic analysis

食管小细胞癌（Small Cell Carcinoma of the Esophagus, SCCE）是一种罕见且高度侵袭性的神经内分泌恶性肿瘤，预后极差。尽管其在食管癌中占比仅为0.8%-2.4%，但患者中位生存期仅8-13个月，多数患者在诊断时已处于晚期阶段。近年来，单细胞转录组学（scRNA-seq）技术的发展为解析肿瘤微环境（TME）的细胞异质性和分子机制提供了新高通量工具。Wu等人于2025年在《Molecular Cancer》上发表的研究，首次对10例SCCE患者进行了单细胞转录组分析，并以正常食管黏膜、食管鳞状细胞癌（ESCC）及癌旁组织作为对照，系统性地揭示了SCCE的生态系统特征。本研究通过单细胞分辨率的数据，鉴定了TME的免疫抑制和血管生成生态位，构建了五种TME生态型（EC1-EC5），并解析了上皮细胞的异质性，发现了八个转录元程序（MPs），其中MP5与神经内分泌表型及不良预后相关。这些发现不仅深化了对SCCE生物学行为的理解，还为抗血管生成治疗提供了理论依据。

研究背景与意义

食管癌是全球癌症相关死亡的第六大原因，2020年约导致54.4万人死亡，尤其在亚洲南部和中部高发。SCCE作为最常见的肺外小细胞癌，其诊断和治疗面临巨大挑战。既往研究多基于基因组或转录组测序，揭示了SCCE与ESCC的基因组相似性，以及免疫检查点阻断疗法的潜在益处。然而，SCCE的TME异质性及其与临床结局的关系尚不明确。单细胞转录组学能解析细胞水平的基因表达差异，从而揭示TME中免疫细胞、基质细胞和上皮细胞的相互作用。本研究通过整合scRNA-seq和T细胞受体（TCR）测序数据，首次在单细胞水平上比较了SCCE与ESCC的TME差异，旨在鉴定关键细胞亚群、生态型及潜在治疗靶点。这一工作填补了SCCE研究领域的空白，为精准医疗提供了新视角。

研究设计包括10例SCCE患者肿瘤样本的scRNA-seq分析，并整合了21例公开数据（正常黏膜、ESCC和癌旁组织）。所有样本均经过质量控制过滤，最终获得197,858个高质量单细胞，将其分为10个主要细胞簇，包括B细胞、树突状细胞、内皮细胞、上皮细胞、成纤维细胞、肥大细胞、髓系细胞、中性粒细胞、浆细胞和T/NK细胞。通过细胞比例分析，发现SCCE中上皮细胞、髓系细胞和中性粒细胞富集，而ESCC中B细胞、T细胞和成纤维细胞更丰富，提示SCCE可能具有免疫豁免表型。

图1展示了整体研究设计和单细胞景观。通过UMAP可视化，细胞簇在不同组织类型中的分布显示，正常黏膜以上皮细胞为主，而SCCE和ESCC的TME组成存在显著差异。统计分析表明，SCCE中上皮细胞和髓系细胞比例较高，而ESCC中淋巴细胞浸润更丰富。这种分布差异提示SCCE的TME可能更倾向于免疫抑制状态，为后续分析奠定了基础。

单细胞转录组景观与免疫微环境特征

本研究首先通过scRNA-seq构建了SCCE和ESCC的单细胞图谱。细胞聚类分析揭示了10个主要细胞类型，其中上皮细胞在SCCE中显著富集，而ESCC中免疫细胞比例更高。进一步亚群分析显示，T/NK细胞被分为17个亚簇，包括CD8+ T细胞、CD4+ T细胞、调节性T细胞（Treg）和NK细胞等。通过比较不同组织来源的细胞比例，发现SCCE中CD8+ T细胞倾向于衰竭状态，而ESCC中则富集效应T细胞。具体而言，CD8+ T细胞中的CXCL13+亚群（CD8_c14_Tex）在ESCC中高表达免疫检查点分子（如CTLA4、LAG3），且具有更高的T细胞功能障碍评分，提示其可能对免疫检查点抑制剂（ICI）产生响应。相反，SCCE中Treg细胞亚群（如FOXP3+ CTLA4+ Treg）显著富集，尤其是活化型Treg，这可能是导致免疫抑制的主要原因。

图2详细解析了T细胞特征。通过轨迹推断（slingshot算法），CD8+ T细胞显示出两条进化路径：一条从记忆T细胞向衰竭T细胞分化，另一条向效应T细胞发展。在SCCE中，T细胞更倾向于衰竭路径，而ESCC中效应T细胞路径更活跃。Treg细胞的分析进一步揭示了其活化状态在SCCE中占主导，这可能通过抑制抗肿瘤免疫促进疾病进展。这些发现表明，尽管SCCE和ESCC均呈现免疫抑制微环境，但机制各异：ESCC依赖T细胞衰竭，而SCCE更依赖Treg介导的免疫抑制。

B细胞和浆细胞的分析显示，SCCE中晚期记忆B细胞和浆细胞显著富集，且浆细胞的分化状态更高（通过IgG/IgA比值评估）。浆细胞亚群中，IgG+浆细胞在SCCE中占主导，提示体液免疫应答的激活。这可能与肿瘤进展中抗体类别的转换相关，但同时也可能损害黏膜免疫力。

图3展示了B细胞和浆细胞的分布与功能。通过Cytotrace软件评估细胞分化状态，发现SCCE中浆细胞的分化程度最高，且IgG/IgA比值显著高于其他组织，表明SCCE可能具有更活跃的B细胞介导的免疫应答。然而，这种应答的临床意义仍需进一步验证。

血管生成生态位与髓系细胞作用

髓系细胞在SCCE中显著富集，尤其是巨噬细胞亚群。分析显示，巨噬细胞被分为10个亚簇，其中Macro_c01_FCN1和Macro_c03_HSPH1在SCCE中高表达血管生成相关标记（如VEGFA、CCL2），而Macro_c04_LYVE1在ESCC中富集且具有吞噬功能。通路分析表明，SCCE中的巨噬细胞激活了NF-κB信号通路和中性粒细胞活化途径，而ESCC中的巨噬细胞更倾向于抗原呈递和脂质代谢。这些差异提示髓系细胞在SCCE中通过促进血管生成参与TME重塑。

内皮细胞分析揭示了SCCE中血管生成生态位的形成。内皮细胞被分为8个亚簇，其中Endo_c2_CACNA1C和Endo_c3_ESM1在SCCE中富集，且Endo_c3_ESM1高表达Tip样标记（如ESM1），表明其参与血管生成和通透性调节。细胞间通讯分析显示，FCN1+巨噬细胞与ESM1+内皮细胞通过VEGF-VEGFR相互作用密切关联，进一步强化了血管生成生态位。此外，周细胞（如Pericyte_c07_EGFL6）在SCCE中富集，并通过PGF-VEGFR1和PLAU-PLAUR通路与内皮细胞交互，共同稳定新生血管。

图4展示了髓系和基质细胞的特征。通过多色免疫组化验证，SCCE样本中可见新生血管形成伴巨噬细胞浸润，支持了血管生成生态位的存在。这些发现为抗血管生成治疗（如安罗替尼）提供了依据，研究中一例SCCE患者在二线治疗中添加安罗替尼后达到疾病控制，初步验证了这一策略的可行性。

中性粒细胞在SCCE中独家富集，并被分为6个亚簇。其中Neu_c1_CCL3L1、Neu_c4_ELL2和Neu_c5_IFIT3高表达炎症相关通路（如TNF信号通路），提示中性粒细胞可能通过调节局部炎症影响TME。尽管中性粒细胞通常与肿瘤进展相关，但本研究显示某些亚簇可能与免疫治疗响应正相关，这需要进一步实验验证。

肿瘤微环境生态型鉴定与临床关联

基于66个TME细胞亚群的相似性聚类，研究鉴定了五种生态型（EC1-EC5）。EC1在SCCE中富集，与中性粒细胞活化和T细胞亚群相关，其基因特征富集于中性粒细胞脱颗粒和细胞趋化通路。EC2以B细胞为主导，主要分布于ESCC，与补体激活相关。EC3-EC5在不同组织中分布各异。通过外部RNA-seq队列验证，EC1高表达的SCCE患者具有更好的总生存期，尤其在SCCE-A亚型中更为显著。这表明EC1可能作为预后生物标志物，其机制可能与中性粒细胞的抗肿瘤功能相关。

图5展示了生态型的鉴定和临床意义。层次聚类分析显示，中性粒细胞与T细胞亚群在EC1中紧密关联，而EC2以B细胞为主。生态型分布与分子分型和生存结局的相关性提示，TME的细胞组成可能影响治疗响应，为个体化治疗提供了新视角。

上皮细胞异质性及分子分型

SCCE上皮细胞表现出高度异质性。与ESCC相比，SCCE上皮细胞高表达神经内分泌标记（如ASCL1、NEUROD1），而ESCC上皮细胞高表达角化标记。通路分析显示，SCCE富集于神经内分泌信号和细胞周期通路，而ESCC富集于防御相关通路。通过单细胞水平的分型，上皮细胞被分为四种亚型：SCCE-A、SCCE-N、SCCE-A.N和SCCE-nonNE。其中SCCE-nonNE亚型在所有患者中均匀分布，而SCCE-N仅见于个别患者，反映了患者间异质性。

为进一步解析异质性，研究通过非负矩阵分解（NMF）鉴定了八个转录元程序（MPs）。MP5与神经内分泌表型相关，富集于雄激素反应通路，且与不良预后显著相关。MP7与细胞周期相关，MPs之间的互作分析显示MP5与MP6（干扰素反应）互斥，提示神经内分泌表型可能抑制炎症应答。

图6展示了上皮细胞异质性和MPs分析。MP5的高表达与较短的总生存期相关，且预测能力优于基于批量RNA-seq的特征，凸显了单细胞分型的优势。

讨论与展望

本研究的发现系统性地揭示了SCCE的TME特征：免疫抑制微环境、血管生成生态位、以及上皮细胞异质性。与ESCC相比，SCCE中效应T细胞浸润减少、Treg活化、以及B细胞分化增强，可能影响免疫治疗响应。血管生成生态位的鉴定为抗血管生成治疗提供了理论支持，尤其是针对VEGF通路的小分子抑制剂（如安罗替尼）可能具有临床价值。生态型分析提示EC1可能作为预后标志物，而MPs框架为分子分型提供了新工具。

然而，研究存在一定局限性。样本量较小（仅10例SCCE），且SCCE-N亚型仅见于一例患者，限制了结论的普适性。缺乏实验模型也阻碍了机制验证。未来需扩大样本量，并开发类器官或小鼠模型以验证靶点。此外，中性粒细胞的双重角色（促瘤与抗瘤）需进一步探讨。

总之，本研究通过单细胞转录组学为SCCE的生态系统提供了全面解析，强调了TME异质性在治疗中的重要性。这些发现不仅深化了对SCCE生物学行为的理解，还为联合治疗（如免疫治疗与抗血管生成治疗）提供了新思路。随着技术的进步，单细胞多组学整合有望在未来揭示更多机制细节，推动精准医疗发展。

结论

Wu等人的研究首次在单细胞水平上系统比较了SCCE与ESCC的TME差异，鉴定了关键细胞亚群、生态型和转录程序。结果表明，SCCE具有独特的免疫抑制和血管生成微环境，其中活化Treg、ESM1+内皮细胞和FCN1+巨噬细胞的交互作用促进了疾病进展。生态型MP5与神经内分泌表型及不良预后相关，可作为潜在生物标志物。这些发现为SCC的个体化治疗提供了理论基础，尤其是抗血管生成药物的应用前景值得期待。未来研究需聚焦于机制验证和临床转化，以改善患者预后。