肿瘤微环境细胞是区分脑与颅外黑色素瘤转移的关键鉴别因子：单细胞转录组分析揭示代谢适应与免疫调控新机制

为解决黑色素瘤脑转移(MBM)与颅外转移(ECM)的分子差异争议，研究人员通过单细胞转录组重分析技术开展比较研究，发现肿瘤细胞高度同质而微环境细胞(尤其淋巴细胞与内皮细胞)表达谱显著分化，揭示代谢灵活性(OxPhos)与免疫通路(PD-1/PD-L1)调控是表型差异核心，对靶向治疗策略开发具有重要指导意义。

　　

黑色素瘤作为最具致死性的皮肤癌类型，其脑转移（Melanoma Brain Metastasis, MBM）患者生存率显著低于颅外转移（Extracranial Metastasis, ECM）患者，尽管靶向治疗和免疫疗法取得突破，但脑转移灶易复发、治疗响应短暂的问题仍未解决。传统批量转录组分析难以解析肿瘤异质性和微环境相互作用，而既往研究对MBM与ECM的分子差异存在争议——有的报道指出肿瘤细胞本身存在显著表达差异，有的则强调微环境的作用。这种认知缺口促使研究人员通过更精确的单细胞技术重新审视这一问题。

本研究对Biermann等人已发表的单核RNA测序（snRNA-seq）数据（GSE200218）进行计算方法学重构，纳入15例MBM和10例ECM样本，采用基于最近最佳实践的分析策略：通过互惠主成分分析（RPCA）整合样本但剔除插补值以保留真实测量数据，采用细胞类型特异性伪批量（pseudobulking）方法聚合患者内细胞表达值，使用limma进行差异表达分析，并通过gprofiler2进行功能富集分析。关键创新在于避免单细胞分析中常见的p值膨胀问题，聚焦微环境细胞群的贡献。

研究结果首先揭示肿瘤细胞表达高度同质化。差异表达分析显示，在MBM与ECM的肿瘤细胞中未发现任何显著差异表达基因（FDR < 0.05），且MBM肿瘤细胞表现出更高的一致性，提示大脑微环境对肿瘤克隆施加更强选择压力。功能富集分析发现肿瘤细胞中氧化磷酸化（OxPhos）、ATP合成、神经炎症等通路富集，表明MBM通过代谢适应性维持能量供应。

微环境细胞成为表型分化的主导因素。 Stromal细胞、单核源性巨噬细胞（MDM）、CD8⁺ T细胞和内皮细胞分别发现36、31、17和13个差异表达基因（FDR < 0.05）。淋巴细胞谱系（Tregs、CD4⁺、CD8⁺ T细胞）显示T细胞受体信号、淋巴细胞分化（Th1/Th2/Th17）、白细胞介素信号（如IL-2、IL-6、IL-9）及免疫检查点（PD-L1/PD-1）通路的广泛差异。内皮细胞中血管发育通路富集，暗示MBM与ECM中血管生成模式不同。

特征基因聚类分析证实微环境细胞的定义作用。利用各细胞类型前50个差异基因（如FKBP5、CCND3、MET、EGFR、CDH1）进行分层聚类，可完美区分MBM与ECM样本，而仅用肿瘤细胞基因则无法区分。这些特征基因多与癌症相关（癌基因、抑癌基因、COSMIC普查基因），且在多种细胞类型中广泛表达，如MET在肿瘤细胞中高表达且与转移潜能相关。

与既往批量研究比较凸显单细胞解析的必要性。对20个批量研究报道的候选基因（如CD163、GAP43、FGF7）在单细胞数据中的表达模式分析显示，多数基因在肿瘤细胞中表达较低且趋势与批量结果不符。通过CIBERSORTx对既往批量数据反卷积，仅少数基因（如GAP43）在解卷积的肿瘤细胞中验证了表达趋势，表明批量数据易受细胞比例混杂影响。

研究结论强调，MBM与ECM的差异主要由微环境驱动而非肿瘤细胞自身。大脑转移灶通过限制性微环境塑造肿瘤细胞代谢灵活性（如OxPhos上调），同时介导免疫抑制性微环境（如T细胞功能失调和血管重构）。该发现对治疗策略具有双重意义：一是针对MBM的代谢脆弱性开发OxPhos抑制剂，二是依据患者特异性免疫通路异常（如IL信号或检查点分子）设计联合免疫疗法。本研究亦示范了单细胞分析最佳实践对避免生物学结论偏差的重要性，为未来研究提供方法论参考。

论文以《Single-cell transcriptome analysis suggests cells of the tumor microenvironment as a major discriminator between brain and extracranial melanoma metastases》为题发表于《Biology Direct》，通过计算重分析揭示了微环境在转移灶表型塑造中的核心地位，为改善黑色素瘤脑转移患者的精准治疗提供新方向。