为什么同样得了肺癌，有人免疫治疗效果好，有人却完全无效？为什么化疗后，肿瘤看似缩小，却很快又卷土重来？这些临床上的难题，其答案或许并不在宏观的肿瘤组织本身，而藏在构成它的每一个微小细胞里。单细胞转录组测序（scRNA-seq）技术的崛起，就像给科学家们提供了一台超高分辨率的“显微镜”，终于让我们有能力去从单个细胞的水平了解肺癌中细胞的状态，从而破解肺癌的异质性谜题、免疫微环境的僵局和耐药性的进化轨迹。

图1 肺癌研究领域运用scRNA-seq发表文章数（数据基于PubMed）

2020年以来，随着各种单细胞捕获平台的发布和测序价格的下降，scRNA-seq在肺癌研究中的应用越来越多，发表文章数一直保持高速增长，预计2025年全年发表相关文章数还会创历史新高。本篇推文将结合前沿文献，为您剖析单细胞测序在肺癌研究中的常见应用思路。

图2 单细胞转录组测序技术在肺癌研究中的思路

肺癌的耐药机制研究

案例1 VEGF信号复杂性介导EGFR-TKI耐药非小细胞肺癌对ABCP联合疗法的耐药性

发表期刊：MedComm

影响因子：10.7

物种样本：NSCLC患者胸腔积液

DOI：10.1002/mco2.70335

发表时间：2025-08-19

本研究旨在探究EGFR-TKI耐药的非小细胞肺癌（NSCLC）患者对ABCP联合疗法（阿替利珠单抗+贝伐珠单抗+卡铂+紫杉醇）产生耐药性的机制。研究者采用了多组学整合分析策略，首先对治疗前获得的患者恶性胸腔积液样本进行scRNA-seq，并根据患者对ABCP的治疗反应将细胞分为“应答者”与“无应答者”两组进行对比。通过深入分析肿瘤细胞及其微环境中不同细胞亚群的转录特征、细胞间通讯网络，并结合空间转录组学、bulk RNA-seq数据挖掘以及体外体内功能实验，系统性地揭示了VEGF信号通路在介导耐药中的复杂作用。

研究发现，VEGF家族的不同成员在应答者和无应答者中扮演了截然相反的角色：VEGFA主要促进肿瘤细胞自身增殖，与治疗应答相关；而VEGFC则在无应答者的肿瘤微环境中高表达，通过与癌症相关成纤维细胞（CAFs）上的受体KDR/NRP2相互作用，协同激活FGF信号和YAP-TAZ通路，从而驱动免疫抑制、血管生成和耐药性。VEGFC高表达是预后不良的关键标志物。最终研究证实，同时抑制VEGFA和VEGFC/KDR信号能有效克服耐药、抑制肿瘤生长，为联合靶向治疗提供了新的策略。

图3 TKI治疗进程中VEGF信号的动态变化

描述肿瘤微环境

案例2 单细胞与空间转录组联合解析新辅助化疗免疫治疗重塑非小细胞肺癌微环境的动态特征

发表期刊：Molecular cancer

影响因子：33.9

物种样本：NSCLC患者肿瘤样本

DOI：10.1186/s12943-025-02287-w

发表时间：2025-04-09

该研究通过整合scRNA-seq与空间转录组学技术，系统分析了12例NSCLC患者在接受新辅助化疗免疫联合治疗前后肿瘤微环境（TME）的动态变化。研究团队对比了治疗前（TN组）与治疗后（PT组）的肿瘤组织样本（6 vs 6），并结合病理反应类型（pCR、MPR、NMPR），深入探索了免疫细胞、基质细胞和恶性上皮细胞的转录组特征、空间分布及细胞间通讯模式，旨在揭示治疗响应与耐药的关键细胞和分子机制。

研究发现，治疗响应者的TME中CD4+Th17细胞和炎症性癌症相关成纤维细胞（iCAFs）显著富集，而CD4+Treg细胞和基质性CAFs（mCAFs）则与免疫抑制性微环境相关。此外，SELENOP⁺巨噬细胞在响应者中高度聚集于肿瘤边界和三级淋巴结构（TLS），并与抗原呈递CAFs（apCAFs）共定位，通过胆固醇、白细胞介素等信号通路增强与CD4⁺和CD8⁺T细胞的相互作用，促进淋巴细胞招募和抗肿瘤免疫。这些结果提示SELENOP⁺巨噬细胞与apCAFs的协同作用可能是联合治疗响应的重要生物学标志。

图4 化免治疗通过CAF亚型转换重塑 TME

鉴定新的肺癌相关细胞类型或者生物标志物

案例3 脂质相关巨噬细胞介导奥希替尼耐药及非小细胞肺癌脑膜转移

发表期刊：Cell reports

影响因子：6.9

物种样本：NSCLC患者脑脊液

DOI：10.1016/j.celrep.2024.114613

发表时间：2025-08-07

本研究聚焦于EGFR突变NSCLC患者在接受奥希替尼治疗后出现脑膜转移（LM）的耐药机制。由于脑膜转移预后极差且治疗选择有限，研究者利用scRNA-seq技术对脑脊液（CSF）中的免疫细胞和肿瘤细胞进行高分辨率解析，系统描绘LM的免疫微环境。研究整合CSF样本的单细胞转录组数据、临床队列验证及体外实验，重点探究巨噬细胞亚群在LM发生与奥希替尼耐药中的潜在作用，并分析肿瘤细胞与免疫细胞间的相互作用，旨在发现新的治疗靶点和生物标志物。

研究发现，LM患者CSF中富集一类具有免疫抑制功能的脂质相关巨噬细胞亚群（RNASE1_M），其与奥希替尼耐药和LM进展密切相关。该亚群由肿瘤细胞分泌的中期因子（MDK）驱动分化，表现出M2型极化特征，高表达脂质代谢和吞噬相关基因。此外，肿瘤细胞通过CD47与巨噬细胞表面SIRPA的相互作用实现免疫逃逸，且该信号在耐药患者中显著增强。临床验证显示，CSF中MDK水平升高与患者不良预后相关，提示MDK-RNASE1_M轴可作为克服LM耐药的新型干预靶点。

图5 奥希替尼耐药相关巨噬细胞亚型（RNASE1_M）的特征

发掘新的治疗靶点

案例4 CTLA4阻断联合TKI治疗克服肺癌脑转移中酪氨酸激酶抑制剂耐药

发表期刊：Cancer cell

影响因子：44.5

物种样本：肺癌患者脑转移病灶、EGFR突变型肺癌脑转移小鼠脑组织

DOI：10.1016/j.ccell.2024.09.012

发表时间：2024-10-17

本研究系统分析了来自不同遗传背景和TKI治疗史的肺癌脑转移（LCBM）患者样本，旨在揭示TKI耐药性的免疫微环境机制。研究首先在探索队列（n=31）和验证队列（n=196）中描绘了LCBM的免疫细胞组成及其动态变化，并利用小鼠LCBM模型（包括TKI敏感型和耐药型EGFR突变）进行功能验证。通过体内外实验，研究团队进一步探讨了TKI对肿瘤微环境中免疫细胞募集、分化和功能调控的作用，并评估了CTLA4阻断剂与TKI联用的治疗潜力。

研究发现，TKI治疗虽能促进EGFR或ALK突变型LCBM中T细胞的浸润，尤其是细胞毒性T细胞和调节性T细胞，但同时通过上调T细胞中免疫检查点分子CTLA4的表达，诱导T细胞功能耗竭，形成免疫抑制性微环境。机制上，TKI诱导肿瘤细胞发生免疫原性细胞死亡（ICD），释放HMGB1，经TLR2/NF-κB信号通路激活单核来源巨噬细胞（MDMs），进而招募T细胞；而HMGB1通过TLR5/NF-κB通路直接上调T细胞CTLA4表达。在动物模型中，CTLA4阻断剂与TKI序贯联用显著抑制肿瘤生长、提升效应T细胞比例，并延长生存期，其效果优于TKI单药或与PD1阻断剂联用。该研究为克服TKI耐药提供了新的免疫联合治疗策略。

图6 scRNA-seq分析显示联合治疗诱导T细胞功能恢复，增强杀伤功能

揭示肺癌发生与发展机制

案例5 低剂量放疗联合免疫治疗下小细胞肺癌中CXCR6+CD8+T细胞的动态演变

发表期刊：Journal of translational medicine

影响因子：7.5

物种样本：小鼠SCLC模型肿瘤组织

DOI：10.1186/s12967-025-06450-1

发表时间：2025-04-17

本研究旨在探究低剂量放疗（LDRT）联合免疫治疗（αPD-1）对小细胞肺癌（SCLC）微环境中CD8⁺ T细胞动态变化及其抗肿瘤机制的影响。研究采用Kaede转基因小鼠模型，通过局部紫外光转换技术标记肿瘤引流淋巴结（TDLN）中的细胞，追踪其向肿瘤组织的迁移过程。利用流式细胞术、scRNA-seq、多重免疫荧光及临床队列数据分析，系统解析了T细胞在TDLN与肿瘤之间的迁移轨迹、表型分化及其功能变化，重点关注CXCR6⁺CD8⁺ T细胞的作用及其与树突状细胞（DCs）的相互作用。

研究发现，在LDRT联合免疫治疗作用下，TDLN中的干细胞样T细胞持续迁移至肿瘤部位，并在肿瘤微环境中分化为效应表型。DCs尤其是表达CXCL16的DC亚群，在促进T细胞分化为效应CXCR6⁺CD8⁺ T细胞过程中发挥关键作用。该T细胞亚群高表达细胞毒性分子且与患者良好预后显著相关。临床数据分析进一步证实，CXCR6⁺CD8⁺ T细胞高浸润的SCLC患者具有更长的生存期和更活跃的免疫微环境。研究提示，增强DCs功能或CXCR6⁺CD8⁺ T细胞浸润可能是改善SCLC免疫治疗效果的潜在策略。

图7 TDLN 来源细胞与肿瘤驻留细胞的差异及CD8+T细胞分化轨迹

解析肿瘤异质性

案例6 单细胞测序揭示非小细胞肺癌混合谱系异质性

发表期刊：Genome medicine

影响因子：11.2

物种样本：原发性肺癌患者和肺软骨错构瘤患者肿瘤组织及正常配对组织

DOI：10.1186/s13073-022-01089-9

发表时间：2022-08-13

该研究对19例原发性肺癌患者及1例肺软骨错构瘤患者的7364个单细胞进行单细胞转录组分析，系统解析肿瘤细胞的分子异质性。研究聚焦于上皮细胞，结合免疫荧光、RNA原位杂交及全基因组测序，鉴定出同时表达腺癌（ADC）、鳞癌（SCC）和神经内分泌肿瘤（NET）标志的“混合谱系肿瘤细胞”，并追踪其克隆起源与临床意义。

研究发现，混合谱系肿瘤细胞在16例患者中普遍存在，且与不良预后显著相关。通过线粒体突变和CNV分析，证实这些混合谱系与单谱系肿瘤细胞起源于共同的肿瘤祖先，表现出高度可塑性。研究进一步筛选出混合谱系特征基因AKR1B1，证实其通过调控细胞周期与EMT促进肿瘤增殖，其抑制剂Epalrestat可显著抑制肿瘤生长。该研究揭示了NSCLC“多谱系共存”的异质性新模式，并提出AKR1B1可作为混合谱系特征患者的潜在治疗靶点。

图8 同一肿瘤细胞中存在多种谱系标记物共表达

总结

通过细胞聚类、差异分析、功能富集分析、拟时序分析、细胞通讯分析等，单细胞转录组测序技术可全面解析肺癌组织中细胞层面的转录异质性，系统揭示肿瘤细胞亚群、微环境组成及其动态互作关系，从而深入探究肺癌发生、演进、耐药及免疫逃逸的分子机制，探究发病机制、耐药性、细胞发育轨迹及基因调控网络。同时可以进一步通过多组学整合（如与空间转录组、基因组、蛋白质组数据结合）揭示肿瘤微环境中细胞互作机制，最后通过多技术验证（分子水平、细胞功能验证及动物实验）并结合临床数据进行生存与治疗响应分析，以发掘新的治疗靶点并推动临床转化。

温馨提示：若您关注单细胞转录组在肺癌研究中的应用，可联系当地业务经理获取案例文章原文。此外，如您对单细胞转录组研究有任何疑问或有测序合作意向，欢迎随时与我们联系。我们将结合您的课题特点，为您量身设计专业的研究方案，助力科研顺利开展。

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