基于单细胞转录组学的胶质瘤髓系细胞动态演化与免疫抑制功能分析

《Brain Research》：Analysis of the dynamic evolution and immunosuppressive functions of myeloid cells in gliomas based on single-cell transcriptomics

　　

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  中性粒细胞在GBM中特异性富集。对8例胶质瘤样本（4例GBM，4例LGG；35,862个细胞）进行整合单细胞转录组分析，解析出13种细胞类型，表明中性粒细胞浸润是区分GBM与低级别胶质瘤的标志性免疫改变。
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  鉴定了一种具有促炎/PMN-MDSC混合表型的新型SRGN⁺中性粒细胞亚群。对GBM来源的中性粒细胞进行高分辨率重新聚类，得出三个亚群（SRGN⁺、RPL13⁺、HMOX1⁺）；SRGN⁺亚群共表达S100A8/A9和IL1B，在炎症、PMN-MDSC和S100签名方面评分最高，且IL-1信号（IL1R–p38/JNK）显著富集。
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  提出了一种"趋化招募–选择性抑制"的双重机制来塑造CD8⁺ T细胞耗竭。CellChat预测SRGN⁺中性粒细胞通过CCL3/4–CCR5差异性招募Tex_PD1，通过CXCL16–CXCR6差异性招募Tex_TIM3，而MIF和经典MHC-I信号主要作用于非耗竭效应细胞。
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  预测HLA-E–NKG2A轴介导的抑制作用独立于PD-1通路。SRGN⁺中性粒细胞发出的HLA-E–KLRC1（NKG2A）和HLA-E–CD94:NKG2A信号仅出现在终末耗竭的Tex_NKG2A和Tex_TIM3亚群中，这一选择性得到Monocle2拟时序分析的证实，该分析将这些亚群定位在耗竭轨迹的晚期端。
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  一种12基因SRGN⁺中性粒细胞签名将单细胞发现转化为具有临床可行性的工具。Cox风险模型对TCGA-GBM队列的总生存期进行分层，定义了一个高风险组，该组具有"T细胞浸润增加但功能耗竭"的免疫表型（TIDE评分和功能障碍评分升高，排斥评分降低），且预测对替莫唑胺更敏感，支持联合靶向HLA-E–NKG2A与替莫唑胺的治疗策略。

引言

胶质母细胞瘤（GBM）是恶性程度最高且最常见的原发性恶性脑肿瘤。尽管目前的治疗策略（包括手术、放射治疗和替莫唑胺化疗）不断得到优化，患者的中位总生存期仍仅为15至20个月，5年生存率不足5%（SCHONFIELD, E., CHOI, J., TRAN, A., KIM, L. H. LIM, M. J. N.-O. A., 2024, MUKHERJEE, A. J. O. MEDICINE, T., 2025）。虽然免疫检查点抑制剂（ICIs）在治疗各种实体瘤方面取得了突破，但在GBM中未能显著改善无进展生存期和总生存期（SCHONFIELD, E., CHOI, J., TRAN, A., KIM, L. H. LIM, M. J. N.-O. A., 2024, MUKHERJEE, A. J. O. MEDICINE, T., 2025）。这一挑战在很大程度上源于GBM独特的免疫抑制微环境，其特征为肿瘤突变负荷低、血脑屏障的物理屏障、T细胞浸润有限以及大量免疫抑制性调节细胞和髓源性抑制细胞的积聚（Kumar et al., 2026, Cheng et al., 2026）。

髓系细胞是GBM微环境中数量最多的免疫细胞群体，在肿瘤生长、血管生成和免疫逃逸中发挥核心调节作用（Kumar et al., 2026, Cheng et al., 2026）。近年来，高通量单细胞和空间转录组技术的快速发展极大地革新了我们对GBM中髓系细胞异质性的认识。研究表明，GBM相关髓系细胞表现出多种免疫调节程序，包括小胶质细胞的炎症程序和清道夫介导的免疫抑制程序，这些程序与肿瘤微环境中的特定信号（如缺氧、IL-1β和TGFβ）密切相关（Cheng et al., 2026, Kumar et al., 2026）。

在髓系细胞中，中性粒细胞是人类循环中最丰富的固有免疫细胞；然而，其在GBM中的作用长期以来一直被严重忽视。这种忽视主要源于固有的技术挑战，包括中性粒细胞寿命短、mRNA含量低以及蛋白质从转录本的转录后解离（Sadiku et al., 2025, Yang et al., 2025）。近年来，通过大规模单细胞RNA测序和尖端单细胞蛋白质组学技术，研究人员逐渐揭示了GBM中肿瘤相关中性粒细胞（TANs）的高度异质性（Yang et al., 2025, Sadiku et al., 2025）。此外，整合流式细胞术和质谱分析的研究已在蛋白质水平上定义了GBM中中性粒细胞的多种功能状态，包括致病性、抗肿瘤性和裂解性亚型，系统性地证实了GBM中中性粒细胞的高度异质性及其潜在的双向调节功能（Sadiku et al., 2025）。

值得注意的是，肿瘤相关中性粒细胞（TANs）通过与CD8 + T细胞直接通讯而参与并调节T细胞耗竭的具体分子机制尚不清楚（García-Barrientos et al., 2025）。T细胞耗竭是肿瘤免疫逃逸的核心机制之一，其特征是抑制性受体（如PD-1、TIM-3、LAG-3和TIGIT）的持续过度表达以及效应功能的进行性丧失（García-Barrientos et al., 2025）。在GBM免疫微环境中，CD8 + T细胞受到各种抑制性信号的持续刺激，最终导致耗竭状态，从而导致抗肿瘤免疫应答失败（García-Barrientos et al., 2025）。近年来，HLA-E-NKG2A轴作为独立于PD-1/PD-L1通路的抑制性免疫检查点，因其在胶质母细胞瘤免疫逃逸中的作用而受到越来越多的关注（S?tersmoen, 2025）。研究表明，HLA-E在大多数实体瘤细胞（包括GBM）中显著过表达，并作为NKG2A + CD8 + T细胞和NK细胞的关键检查点分子。该轴与PD-L1信号通路并行运作，共同抑制效应细胞的抗肿瘤功能（S?tersmoen, 2025）。临床前研究证实，阻断或逆转该抑制性轴可发挥促免疫和抗肿瘤作用（S?tersmoen, 2025）。然而，目前缺乏关于肿瘤相关中性粒细胞作为HLA-E的潜在重要来源，是否通过该轴选择性抑制特定CD8 + T细胞耗竭亚群效应功能的系统研究（S?tersmoen, 2025）。

在本研究中，我们利用单细胞转录组学系统地分析了GBM中髓系细胞的异质性及其免疫调节功能。我们从多个胶质瘤样本中鉴定了一种SRGN高表达中性粒细胞亚群，并通过功能评分和富集分析揭示了其独特的促炎和免疫调节特征。此外，利用CellChat分析和拟时序分析，我们探索了SRGN + 中性粒细胞与不同CD8 + T细胞亚群之间的配体-受体相互作用网络，特别是CCL/CXCL趋化因子通路在差异性T细胞招募中的作用，以及HLA-E-NKG2A轴对终末耗竭T细胞的潜在抑制功能。基于这些发现，我们利用SRGN + 中性粒细胞中上调的特征基因构建了预后风险模型，并在独立队列中验证了其预后预测价值以及与免疫微环境表型的关联。本研究发现为GBM中髓系细胞（尤其是中性粒细胞）的动态演化和免疫抑制功能提供了新的见解，并为开发同时靶向趋化因子招募和HLA-E-NKG2A轴的联合免疫治疗策略提供了理论基础。

章节摘要

数据来源与预处理

从GEO数据库下载了8例胶质瘤（GSE182109）的单细胞RNA测序数据，包括4例胶质母细胞瘤（GSM5518612, GSM5518613, GSM5518614, GSM5518615）和4例低级别胶质瘤（GSM5518630, GSM5518631, GSM5518632, GSM5518638）。使用Seurat包进行数据分析。质量控制标准如下：若每个细胞检测到的基因数（nFeature_RNA）大于500，且总分子计数

单细胞图谱揭示中性粒细胞在GBM中的特异性富集

通过对8个胶质瘤样本（4个GBM和4个LGG）进行整合单细胞转录组分析，质量控制和去除双细胞后获得35,862个高质量细胞（图1A-C）。对核心细胞进行遗传变异分析，并使用Harmony校正批次效应后对8个细胞样本进行主成分分析（PCA）。我们选择了20个p值<0.05的主成分（PCs）进行后续分析。随后，我们

讨论

胶质母细胞瘤（GBM）是最常见且预后最差的原发性脑恶性肿瘤，其免疫抑制微环境是导致治疗耐药和预后不良的关键驱动因素之一（Ostrom et al., 2020）。近年来，单细胞转录组学的快速进步为阐明肿瘤微环境中髓系细胞的异质性提供了前所未有的机遇（Papalexi和Satija, 2018）。

通过整合单细胞和bulk转录组分析，本研究

CRediT作者贡献声明

郝远：撰写–审阅与编辑。杨婧怡：撰写–初稿，正式分析，数据整理。白子丽：数据整理。王宏艳：方法论。童家轩：方法论。陈鹏：项目管理，资金获取。龚受平：监督指导。

利益冲突声明

作者声明他们不存在已知的可能影响本文所述工作的竞争经济利益或个人关系。

致谢

本工作由西安医学院博士科研启动基金（项目编号2023BS33、2023BS43）、西安医学院科技能力提升专项计划（项目编号2024NLTS026）以及西安医学院本科生创新训练计划（项目编号121526196）资助。

郝远|杨婧怡|白子丽|王宏艳|童家轩|陈鹏|龚受平