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为解决微波热化疗（MTC）治疗唇鳞状细胞癌（LSCC）机制不明等问题，研究人员开展单细胞转录组（scRNA-seq）和空间转录组（ST）研究。结果发现 MTC 可诱导 N1-TANs/fibroblasts 防御壁形成对抗 LSCC。该研究为 LSCC 治疗提供新思路。
在头颈部肿瘤的领域中，唇鳞状细胞癌（LSCC）是一种较为常见的疾病，它主要影响下唇。虽说其转移情况较为罕见，预后相对较好，但却会给患者的唇部美观带来严重损害。目前，手术仍是治疗 LSCC 的常用方法，然而，随着人们对美观需求的日益增加，手术治疗面临着诸多挑战。自 20 世纪后期起，微波热化疗（MTC）开始应用于 LSCC 的治疗研究。MTC 能够将局部肿瘤组织加热到 42 - 45°C，从而选择性地杀死癌细胞，同时对正常组织不造成损伤。而且多项研究表明，MTC 联合其他治疗方法，在多种肿瘤治疗中都展现出了良好的效果，这使得 MTC 有望成为 LSCC 治疗的标准方案之一。
不过，MTC 并非对所有 LSCC 患者都有效，其治疗机制以及如何预测治疗反应等问题，仍未得到清晰的解答。在肿瘤免疫治疗的大背景下，深入了解肿瘤免疫微环境（TIME）对于攻克癌症至关重要。而单细胞分析技术的出现，为我们研究肿瘤免疫微环境提供了有力的工具。但由于获取治疗过程中患者的活检样本存在困难，目前针对同一患者治疗前和治疗中的样本研究较少。为了填补这些知识空白，四川大学华西口腔医院的研究人员开展了一项极具意义的研究。他们通过对接受 MTC 治疗的 LSCC 患者治疗前和治疗中的样本进行单细胞转录组（scRNA-seq）和空间转录组（ST）分析，试图揭示 MTC 治疗 LSCC 的潜在机制和关键靶点。这项研究成果发表在《International Journal of Oral Science》上，为 LSCC 的治疗开辟了新的方向，具有重要的临床指导意义。
研究人员为开展此项研究，主要运用了以下几种关键技术方法：首先是单细胞样本制备和测序技术，对手术获取的临床样本进行处理，构建测序文库并测序；其次是 Visium 实验和测序，用于空间基因表达分析；再者，利用多种生物信息学分析方法，如维度降低、聚类、细胞注释、差异表达分析、功能富集分析等对数据进行深入挖掘；此外，还通过免疫组化（IHC）和多重免疫组化（OPAL）染色等实验技术，对相关蛋白表达进行检测。样本来源于 37 例接受 MTC 治疗的 LSCC 患者，其中部分患者用于各项实验分析。
研究结果
- 单细胞和空间转录组学分析：研究人员对两名患者治疗前和治疗中的四个新鲜样本进行 scRNA-seq 和 ST 分析。在 scRNA-seq 分析中，共筛选和预处理了 23366 个细胞，最终保留 21108 个细胞进行后续分析。通过统一模态近似和投影（UMAP）可视化，鉴定出七种主要细胞类型。结果显示，治疗过程中上皮 / 癌细胞比例显著下降，T&NK 细胞和髓样细胞数量增加，这暗示 MTC 可能通过抗肿瘤免疫反应消融 LSCC 细胞。在 ST 分析中，获得了四个样本的相关数据，通过无偏聚类将所有斑点分为 14 个簇，验证了聚类结果与组织学注释的一致性，证明了 ST 技术能够区分不同空间区域。
- TME 特征和细胞类型映射：患者接受五次 MTC 治疗后，LSCC 病变明显缩小。对样本进行活检和苏木精 - 伊红（H&E）染色，定义了癌症、成纤维细胞和肿瘤前沿（TF）三个区域。通过 ST 技术对细胞类型进行映射，发现其空间分布与 H&E 染色图相似。分析还表明，MTC 可降低上皮 / 癌细胞的增殖和迁移能力，而成纤维细胞在促进免疫细胞趋化、调节髓样分化等方面发挥重要作用。在 TF 区域，治疗后多种细胞的空间浸润增加，同时发现该区域血液循环和血管通透性增强。
- MTC 下 LSCC 微环境中的 T&NK 细胞：研究人员鉴定出 15 个 T&NK 细胞亚群，发现治疗过程中部分 T 细胞亚群比例增加，且多种 T&NK 细胞亚群在肿瘤区域的浸润增多。通过伪时间轨迹分析发现，MTC 缓解了 CD4+和 CD8+ T 细胞的免疫耗竭，但它们的细胞毒性水平并未显著升高。不过，较高的某些 T 细胞浸润与更好的预后相关。
- MTC 下 LSCC 中肿瘤相关中性粒细胞的分类：对髓样细胞进行分析，发现其中中性粒细胞在治疗过程中比例增加且成分变化显著。通过多种分析方法，将中性粒细胞分为具有抗肿瘤作用的 N1 表型（Neu_1、Neu_2 和 Neu_3）和促肿瘤作用的 N2 表型（Neu_4）。免疫组化和免疫荧光染色进一步验证了相关标记物的表达。
- MTC 下 N1 - 和 N2-TANs 的功能：N1-TANs 在抗原处理和呈递、迁移、细胞因子产生和吞噬作用等方面比 N2-TANs 更具优势，能够激活 T&NK 细胞。伪时间轨迹分析和基因集富集分析（GSEA）表明，MTC 可改善 N1-TANs 的缺氧状态，促进其聚集和细胞毒性增强，同时使 N2-TANs 衰老。
- MTC 下 TF 中 N1-TANs 与成纤维细胞的密切相互作用：研究发现成纤维细胞与中性粒细胞等免疫细胞共浸润，通过多种信号轴招募和黏附 N1-TANs，清除 N2-TANs。N1-TANs 可通过 IL1B - IL1R1 促进成纤维细胞产生趋化因子和胶原蛋白，形成正调控的抗肿瘤网络。
- 与 MTC 相关的 N1-TANs 的临床标记和深度学习模型：通过加权基因共表达网络分析（WGCNA）和单样本基因集富集分析（ssGSEA），确定了 MX2 和 HCK 等可能与 MTC 疗效相关的 N1-TANs 生物标志物。MX2 表达与患者无局部复发显著正相关，且通过深度学习模型可利用 H&E 图像预测 MX2 表达水平。
在讨论部分，研究人员指出，MTC 可诱导成纤维细胞招募 N1-TANs，清除 N2-TANs，激活抗肿瘤免疫反应，形成免疫原性和缺氧逆转的微环境。肿瘤相关中性粒细胞（TANs）在肿瘤微环境（TME）中具有重要作用，其表型和功能受多种因素影响。MTC 可能通过改变 TANs 的分化和功能发挥治疗作用，但 TANs 在 LSCC 中的具体机制仍需进一步研究。此外，研究人员还强调了 MX2 作为 MTC 治疗 LSCC 预后指标的潜力，以及深度学习模型在临床预测中的应用价值。
总的来说，这项研究通过单细胞和空间转录组学技术，深入揭示了 MTC 治疗 LSCC 的分子机制和关键细胞亚群。研究结果表明，MTC 可诱导 N1-TANs/fibroblasts 防御壁形成，有效对抗 LSCC。这一发现为 LSCC 的治疗提供了新的理论依据和潜在的治疗靶点，同时也为其他肿瘤的热化疗研究提供了重要的参考，有望推动肿瘤免疫治疗领域的进一步发展。
