Cell Discovery|临港实验室合作构建临床肺癌中枢转移细胞图谱，首次揭示人脑膜转移与脑实质转移肿瘤微环境差异

    随着治疗手段的进步带来的生存期延长，癌症的中枢神经系统转移发病率逐年升高，据统计，超过半数的非小细胞肺癌(non-small cell lung cancer ，NSCLC)患者在其一生中会发生中枢神经系统转移。中枢神经系统转移伴随着极差的病人预后，而解析中枢神经系统转移的机制以及寻找针对性的治疗靶点是亟待解决的临床需求。根据解剖学部位的差异，中枢神经系统转移可以进一步分为脑实质转移（Brain parenchymal metastases ，BM）和软脑膜转移（Leptomeningeal metastases ，LM）。目前，国内外仍然缺少对基于人LM组织细胞图谱的肿瘤免疫微环境研究。

   2025年8月29日，临港实验室魏武研究团队与南方医科大学周成、郭洪波团队联合在Cell Discovery 期刊上在线发表了题为“Immunological and Pathological Characteristics of Brain Parenchymal and Leptomeningeal Metastases from Non-small Cell Lung Cancer”的研究论文。团队利用单细胞RNA测序技术构建了非小细胞肺癌患者LM组织细胞图谱，并系统性地研究了BM与LM之间的免疫特征和细胞异质性。该研究突显了BM与LM在细胞和分子层面上的差异化图景，为潜在的治疗靶点发现提供了关键临床数据，并为发生中枢神经系统转移的非小细胞肺癌患者的治疗策略提供了参考。本研究提供的全球首发软脑膜转移原位单细胞数据集为未来用AI建设虚拟细胞提供了宝贵的数据资源。

1.构建肺癌脑转移单细胞图谱

    尽管同样属于中枢神经系统转移，但脑实质转移和脑膜转移无论是在解剖位置、临床表现、治疗反应还是长期预后等方面，都表现出显著差异。尽管基于病人脑脊液测序的研究已经取得了一定的进展，但是目前还没有直接对软脑膜转移的病人的原位软脑膜组织进行单细胞测序。如图1.所示，研究团队针对上述研究现状，对24例NSCLC病人(脑实质转移16例，软脑膜转移8例)进行了单细胞转录组测序，获得共计约20万个单细胞，构建了NSCLC的软脑膜转移与脑实质转移图谱。该图谱为肺癌中枢神经系统转移研究提供了参考，也为寻找潜在的治疗靶点提供了依据。

图1.研究设计示意图，显示样本获取、数据构成以及分析流程

2.脑实质转移与软脑膜转移的免疫细胞的系统比较，显示软脑膜转移有更严重的“免疫沙漠”的特征

    脑实质转移比软脑膜转移拥有更多的淋系细胞浸润，包括CD8+ T细胞和B细胞。研究人员在部分BM患者中发现了三级淋巴结构样结构（Tertiary lymphoid structures,TLS），这种结构与患者良好的靶向治疗响应相关。相反，LM的肿瘤微环境则表现出“免疫沙漠”的特征，淋系细胞浸润不足。在髓系细胞方面，脑实质转移富含CXCL9阳性巨噬细胞，能够募集CD8+ T细胞，并与CXCL13阳性CD4+ T细胞、B细胞和树突状细胞协同作用,形成促炎微环境。相反，软脑膜转移中SPP1阳性巨噬细胞（如Macro_SPP1和Macro_SPP1/CCL3）占主导地位，具有促肿瘤和免疫抑制特性。这些免疫细胞组成差异突显了脑实质转移与软脑膜转移肿瘤微环境的显著不同，这些发现对脑实质转移与软脑膜转移的免疫治疗提供了重要的参考价值。

3.血管生成相关内皮细胞与癌细胞增殖能力相关

    基质细胞的比较显示，脑实质转移中拥有更多的Endo2内皮细胞亚型，这些细胞具有明显的血管生成潜力，并与带有增殖标志物MKI67的癌细胞呈正相关。相反，软脑膜转移中Endo1亚型更丰富，血管生成潜力最低，但表达高水平的溶质载体基因如SLC2A1。多通道免疫组织化学染色进一步显示了脑实质转移血管区富含MKI67阳性癌细胞。这些结果揭示了脑实质转移对贝伐单抗等基于靶向血管生成治疗手段具有更好疗效的潜在生物学基础。 

4.中枢神经系统转移条件下，血脑屏障细胞的表型重塑

    研究团队通过对自产数据与其他泛癌脑实质转移、正常人脑血管数据集的整合分析，发现血脑屏障细胞在转移条件下表现出显著转录改变，包括免疫反应和缺氧评分升高，ABC转运体活性降低，以及粘附分子（ICAM1/2、SELE）和趋化因子（CXCL2、CCL2）的上调。此外，研究团队发现软脑膜富集的Endo1内皮亚型中，多重耐药基因如ABCG2，编码葡萄糖转运体基因SLC2A1和溶质载体基因SLC38A5显著上调，这可能部分揭示了软脑膜转移对化疗与酪氨酸激酶抑制剂（TKI）药物的耐药的生物学基础。

图2. 研究概要数据构成，BM和和LM的免疫细胞，肿瘤细胞以及血脑屏障细胞特征

    综上，如图2.所示，本研究首次系统描绘了人软脑膜转移原位肿瘤微环境（Tumor microenvironment,TME）的关键特征，提供了软脑膜转移与脑实质转移TME的全面比较分析。这些研究加深了研究者对中枢神经系统转移的理解，为非小细胞肺癌患者中枢神经系统转移性进展和治疗耐药性提供了新的理论和数据基础。同时，本研究提供的全球首发软脑膜转移原位单细胞数据集为未来探索软脑膜转移，尤其是粘附性软脑膜转移的研究,以及将来用AI建设虚拟细胞实现虚拟筛选提供了宝贵的数据资源。

    临港实验室魏武研究员、南方医科大学南方医院周成教授、南方医科大学珠江医院郭洪波教授为本文通讯作者。南方医科大学南方医院周成教授、临港实验室博士后单申兵、南方医科大学珠江医院文磊主治医师为本文的共同第一作者。本研究得到了临港实验室攻关任务、上海市东方英才计划领军项目、上海市领军人才项目、国家自然科学基金等项目的资助。