肿瘤微环境具有高度异质性，深入理解肿瘤微环境特别是肿瘤浸润免疫细胞的特征，对探究肿瘤发生发展和免疫疗法的关键调控分子至关重要。近年来，单细胞转录组技术成为解析肿瘤微环境的有力武器，在相关研究中取得了一系列突破进展，包括揭示肿瘤浸润免疫细胞的异质性、动态变化关系以及这些免疫细胞在不同肿瘤免疫治疗中的潜在功能。
近日，北京大学生物医学前沿创新中心（BIOPIC）、北京大学生命科学学院、北京未来基因诊断高精尖创新中心（ICG）、北大-清华生命科学联合中心（CLS）张泽民教授受邀在免疫学顶级综述期刊Annual Reviews of Immunology上发表了题为Insights Gained from Single-Cell Analysis of Immune Cells in the Tumor Microenvironment的综述文章，系统总结了单细胞转录组技术在解析肿瘤微环境，包括浸润T细胞和髓系免疫细胞新特性的最近研究进展，以及其在揭示肿瘤免疫治疗机制上的应用和潜力，并对这一领域当前尚未解决的问题进行了展望。该综述是由北京大学副研究员任仙文，博士后张雷（现为深圳湾实验室特聘研究员）、张园园、李子逸和百奥智汇Nathan Siemers与张泽民教授共同完成。
该工作首先对单细胞转录组技术进行了总结，探讨了基于全长转录组SMART-seq2和基于微液滴5’或3’端RNA测序研究肿瘤微环境的优缺点，指出了单细胞转录组技术的快速发展对罕见免疫细胞类群的发现和复杂肿瘤微环境认知的推动作用。
随后，结合课题组在肝癌、肺癌和结直肠癌浸润T细胞的早期研究，该工作对近期国内外从单细胞转录组水平解析其他癌种包括黑色素瘤、乳腺癌、头颈癌等，浸润免疫细胞的最新研究进行了比较和总结。特别地，该工作总结了基于单细胞转录组数据，利用整合TCR信息（STARTRAC）、线粒体基因突变信息、RNA转录本动态变化（velocity）等开发的分析方法，在T细胞谱系追踪和动态变化刻画中的贡献，重点探讨了多项研究中保守存在的CD8耗竭T细胞（exhausted T cell）和调节性T细胞 （regulatory T cell, Treg）的特征和不同来源途径，强调了CD4 辅助性T细胞（Th cell）在肿瘤免疫研究中的前景。
另外，除T细胞外，髓系细胞（myeloid cell）也是肿瘤浸润免疫细胞的重要组成成分。该工作对肝癌、肺癌、结直肠癌、乳腺癌和脑胶质瘤等研究中的髓系细胞亚型，包括单核细胞（monocyte），树突状细胞（dendritic cell）和肿瘤相关巨噬细胞（tumor-associated macrophage, TAM）的异同进行了总结，特别是对课题组肝癌研究中发现的LAMP3 DC细胞在不同癌肿中的来源和与T细胞的互作关系进行了比较。针对TAM细胞，该工作中指出更新巨噬细胞经典的M1/M2分型的重要性，对近期结直肠癌研究中发现的促进血管生成的SPP1 TAM细胞亚群与其他癌种TAM细胞的异同进行了比较，突出了其在今后靶向TAM细胞治疗研究中的转化潜力。
最后，该工作总结了近期针对黑色素瘤、肺癌和肾癌等患者进行免疫检查点抑制剂（anti-PD1）治疗机制的研究，强调了CXCR5/TCF1 CD8 T细胞对该治疗有效响应的重要性。随着单细胞组学技术如空间转录组等的发展，以及相关分析方法的开发，其将大大提高我们对肿瘤微环境和免疫治疗机制的认识，进而推进下一代治疗策略的开发。
北京大学生命科学学院副研究员任仙文，北大-清华生命科学联合中心博士后张雷（现深圳湾实验室肿瘤所特聘研究员）为并列第一作者，北京大学生命科学学院博士毕业生张园园（现北大-清华生命科学联合中心博士后）、李子逸（现上海交通大学医学院免疫学研究所博士后）和百奥智汇高级副总裁Nathan Siemers共同完成了本工作，北京大学BIOPIC和生命科学学院张泽民教授为通讯作者。此项工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金和北京未来基因诊断高精尖创新中心等支持和资助。
论文链接：
https://www.annualreviews.org/doi/pdf/10.1146/annurev-immunol-110519-071134
张泽民教授
张泽民，北京大学生物医学前沿创新中心（BIOPIC）与北京未来基因诊断高精尖创新中心（ICG）研究员，北京大学生命科学学院讲席教授，长江学者，北大清华联合中心高级研究员。他的实验室目前正利用前沿的实验技术和生物信息学方法进行肿瘤及其微环境的异质性、耐药性、以及免疫细胞和肿瘤细胞的相互作用等方面的研究。2018年作为创始人建立百奥智汇科技有限公司，致力于挖掘单细胞基因组学和生物信息学在人类疾病诊断和治疗上的应用。
任仙文副研究员
任仙文，北京大学生物医学前沿创新中心副研究员，国家自然科学基金优秀青年项目获得者。从事单细胞转录组测序的生物信息学分析和计算免疫学研究，针对大规模单细胞测序数据的聚类、注释、时空重建等重要前沿生物信息学问题提出了关键技术创新，在Cell、Nature、Nature Medicine、Cell Research、Nature Communications等国际知名杂志上发表论文50多篇。
张雷研究员
张雷，深圳湾实验室肿瘤所特聘研究员，深圳市国家级领军人才获得者。博士毕业于北京大学分子医学研究所，2016年加入北大-清华生命科学联合中心/北京大学生物医学前沿创新中心张泽民课题组进行博士后研究。主要从事结直肠癌肿瘤微环境单细胞功能与组学技术应用研究，包括系统性地解析浸润T细胞和髓系细胞的特征及动态关系，揭示不同靶向髓系免疫治疗策略的潜在作用机理。成果以第一共同作者发表在Nature（2018）、Cell（“Best of 2020”）等杂志上。
