腹膜轉移胃癌IPC機制：從轉錄組看腹腔免疫微環境重塑

原文發表于《科技導報》 2026年第 11期《腹腔灌注化療誘導腹膜轉移胃癌患者免疫微環境重塑的轉錄組特征》

胃癌腹膜轉移（GCPM）預后較差，局部免疫微環境在疾病進展與治療反應中具有重要作用。《科技導報》邀請國家癌癥中心/國家腫瘤臨床醫學研究中心/中國醫學科學院北京協和醫學院腫瘤醫院焦宇辰教授團隊撰寫文章，整合腹腔灌注化療（IPC）前、后配對的腹腔灌洗液轉錄組測序（bulk RNA-seq）與單細胞轉錄組測序（scRNA-seq）數據，對IPC相關的免疫微環境進行分析。

胃癌在全球范圍內發病率和死亡率居第5位，在中國，胃癌的發病率和死亡率長期位于惡性腫瘤前列。其中腹膜轉移（GCPM）是晚期胃癌較常見的轉移形式之一，患者生存預后整體較差。近年來，隨著局部治療的發展，腹腔灌注化療（IPC）逐漸成為改善腹膜轉移患者預后的重要策略之一。

單細胞RNA測序（scRNA-seq）可在單細胞層面刻畫組織的細胞組成與轉錄特性，揭示細胞異質性與稀有亞群，適用于復雜腫瘤微環境解析。

鑒于轉錄組（bulk RNA-seq）在差異基因識別與通路富集上較好的效能，以及scRNA-seq在細胞類型與狀態解析上的高分辨率，組合分析有望在細胞分類與通路富集之間取得合理的平衡，提升解析能力。

01

材料和方法

1.1 樣本獲取與數據來源

我們的研究納入3例GCPM患者，采集IPC前后的腹腔灌洗液共6份樣本用于bulk RNA分析；其中1例患者的2份樣本同步用于scRNA-seq。患者信息及測序用途見表1（缺失項以NA標注）。

表1 IPC前后腹腔灌洗液樣本與測序信息

bulk RNA-seq采用Illumina NovaSeq 6000平臺進行雙端150 bp測序，原始FASTQ數據使用nf?core/rnaseq（v3.11.2，默認參數）完成質量控制與預處理，并比對至GRCh38參考基因組。

1.2 bulk RNA?seq差異表達分析

在R 4.4.2環境下使用DESeq2（v1.40.2）進行差異基因分析，以P<0.05且|log2FC|>2為閾值篩選顯著差異基因，并用EnhancedVolcano（v1.18.0）可視化。

1.3 bulk RNA-seq功能富集與免疫細胞去卷積

使用clusterProfiler（v4.8.3）分別對差異上調與下調基因進行富集分析，Hallmark基因集經msigdbr獲取并用enricher進行富集；GO_BP使用enrichGO、KEGG使用enrichKEGG富集分析，僅保留Benjamini-Hochberg校正后的P值（adjusted P value，adjP）<0.05的通路。免疫去卷積采用CIBERSORT（v0.1.0）與LM22特征矩陣估計樣本的相對細胞比例。

1.4 scRNA?seq數據處理

使用Seurat（v5.1.0）進行預處理。讀入原始UMI計數矩陣后，保留在≥3個細胞中表達的基因；在細胞層面進行質控：剔除基因數（nFeature_RNA）<200或>6500、或線粒體基因比例>15%的細胞。為降低雙/多胞干擾，采用DoubletFinder與scDblFinder交叉鑒定去除雙胞/多胞，隨后進行對數歸一化與標準化。

1.5 降維聚類與細胞注釋

以FindVariableFeatures選取高可變基因，進行主成分分析（PCA），并結合ElbowPlot確定用于聚類的主成分數。使用FindAllMarkers（Wilcoxon秩和檢驗，默認參數）獲得各簇差異標志基因，結合典型標志與文獻進行細胞類型注釋。

1.6 基因集合打分

采用AUCell算法（AUC?based cell scoring, v1.28.0）對單細胞進行基因集活性評分，以反映相關生物過程的活躍程度。具體流程如下：（1）輸入表達矩陣；（2）構建細胞內基因表達排序矩陣；（3）計算AUC活性分數；（4）結果整合。

1.7 組分分析

提取每個細胞的細胞類型與樣本信息，在每個樣本內，按細胞類型分組計數，并計算該類型的比例，將各樣本各細胞類型的比例匯總為“樣本×細胞類型”，用于后續比較與可視化。

1.8 細胞通訊分析

采用CellChat（v2.1.1）對單細胞轉錄組數據進行細胞通訊推斷。按照CellChat推薦的標準流程完成通訊概率計算、通路層面通訊概率匯總與網絡聚合，并分別以連接數與通訊強度表征不同細胞類群之間的通訊水平。網絡中心性等拓撲指標由netAnalysis_computeCentrality計算，差異通訊的統計顯著性通過置換檢驗獲得，并采用Benjamini-Hochberg方法進行多重檢驗校正，adjP<0.05判定為顯著，通訊網絡的關鍵結果通過netVisual_bubble與netVisual_circle進行可視化展示。

02

結果與分析

2.1 胃癌腹膜轉移患者IPC前后bulk RNA?seq差異分析

我們研究納入3例女性GCPM患者（均接受IPC，臨床概況見表1）。對IPC前后的6份腹腔灌洗液樣本進行bulk RNA?seq差異分析，以P<0.05且|log2FC|>2為閾值，共檢出713個差異基因，IPC后高表達基因137個；低表達基因576個（圖1（a））。基于差異基因的GO、KEGG和Hallmark富集分析顯示（圖1（b）），紅色為IPC后高表達的通路，主要富集在免疫與炎癥相關過程；藍色為IPC前高表達的通路，主要富集基質重塑與血管生成相關過程。整體上，IPC后樣本呈免疫效應相關特征，IPC前樣本更突出組織重塑與血管生成信號。進一步采用CIBERSORT去卷積估計，樣本總體以T細胞與髓系細胞為主，其中以單核為主的髓系類群占比50%以上（圖1（c））。在本隊列中，IPC后CD8+T細胞比例由7.6%升至11.5%，Tregs由7.2%降至5.0%，髓系中以單核為主的成分變化趨勢較明顯，由49.8%降至33.4%，細胞組成變化與通路富集趨勢基本一致（圖1（d））。

圖1 GCPM患者IPC前后腹腔灌洗液bulk RNA?seq分析

2.2 胃癌腹膜轉移患者IPC前后腹腔灌洗液scRNA-seq分析

為進一步在單細胞分辨率上驗證并細化bulk RNA-seq分析，選取1例患者IPC前后配對腹腔灌洗液進行scRNA-seq分析，用于定位差異通路的細胞來源，并比較治療前后細胞組成及狀態。

經嚴格質量控制、整合及降維分析后，共獲得13571個高質量細胞。基于典型標記基因進行注釋，識別出5種主要細胞：髓系細胞、T細胞、NK細胞、B細胞與上皮細胞（圖2（a）），細胞類群顏色與右側注釋顏色對應。采用Harmony進行批次效應校正后，不同來源的細胞在二維空間中均勻分布，表明校正效果良好（圖2（b））。氣泡圖展示了各類細胞的特征基因表達，支持細胞注釋的準確性（圖2（c））。

比較IPC前后的細胞組成發現，IPC后免疫細胞占比上升，T細胞由28.7%增至38.0%（呈上升趨勢），NK細胞由0.9%增至2.5%；同時，髓系細胞占比由70.0%降至57.8%（呈下降趨勢），但B細胞與上皮細胞占比較低，變化幅度有限（圖2（d））。

圖2 GCPM患者IPC前后腹腔灌洗液細胞類型及比例

2.3 IPC后T細胞譜系變化與功能指征

為評估IPC對局部微環境中T細胞的影響，對T細胞進一步分亞群與注釋，依據典型標志基因將其分為5個亞群（圖3（a）和（b）），類群顏色與右側注釋顏色一致。標志基因與生物學特征一致（圖3（c）），與既往報道一致。

對比IPC前后的細胞組成（圖3（d）），觀察到IPC后CD8_CTL和CD4_Tn升高，而CD4_Treg下降，這提示IPC可能提升CD8+T細胞的殺傷功能，同時減弱Treg的抑制作用。采用基于基因表達排名的AUCell算法對T細胞功能基因集進行單細胞活性評分，并在細胞亞群層面匯總比較，得分組間差異采用Wilcoxon秩和檢驗（圖3（e））。

綜上，IPC可能通過增加效應性CD8+T細胞的比例并增強其殺傷功能，同時，耗竭性和調節性T細胞亞群比例降低，提示了IPC可能有助于調節免疫抑制環境，增強免疫應答。

圖3 T細胞亞群及功能分析

2.4 IPC與髓系抑制性特征減弱相關

為刻畫髓系細胞功能，進行了單細胞層面的亞群解析與功能分析。聚類后共鑒定出4個亞群，類群顏色與圖右側標識一致（圖4（a））。標志基因表達在對應亞群中高表達（圖4（b））。AUCell基因集活性評分顯示，各亞群在M1/M2極化、血管生成和吞噬作用等方面存在差異（圖4（c））。各亞群M2得分均高于M1得分，提示GCPM腹腔微環境中的髓系類群可能整體以免疫抑制為主。

IPC后，髓系細胞在整體組成層面由70.0%下降至57.8%（圖2（d））。在亞群功能層面，基于AUCell功能評分的組間比較采用Wilcoxon秩和檢驗，相關差異未達到統計學顯著性，但呈現明確的趨勢：血管生成評分下降而吞噬評分上升（圖4（d））。上述趨勢指向髓系介導的免疫抑制可能減弱，微環境可能向更有利于效應淋巴細胞發揮抗腫瘤作用的方向重塑。

圖4 髓系細胞亞群及功能分析

2.5 IPC誘導免疫細胞通訊格局變化

為刻畫IPC對全局細胞通訊的影響，比較了IPC前后通訊網絡：IPC后不同譜系間的通訊強度整體增強，其中CD8_CTL與其他亞群通訊提升較為明顯。具體而言，IPC后CD8_CTL指向其他亞群的通訊強度（圖5（b））較IPC前增強（圖5（a）），其他亞群指向CD8_CTL的通訊強度（圖5（d））也較IPC前增強（圖5（c）），且與髓系亞群之間的增加最明顯。

進一步關注CD8_CTL與髓系亞群的互作，CD8_CTL作為sender時（圖5（e）），IPC后與多個髓系亞群互作增強，與抑制過度炎癥及促進巨噬細胞清除凋亡細胞相關；CCL4?CCR5軸，與效應T/NK細胞的募集與增效相關，支持抗腫瘤免疫的增強。作為receiver時（圖5（f）），多條黏附和共刺激信號增強。

綜上，趨化（CCL4?CCR5）與黏附/共刺激（NECTIN2?CD226）等信號的增強提示IPC可能促進了CD8_CTL的募集、駐留與功能維持（圖5（e）和（f）），表明IPC后局部微環境可能得到一定程度上的免疫恢復。

圖5 髓系亞群與CD8_CTL的細胞間通訊分析

03

GCPM是晚期胃癌常見的轉移形式之一，整體預后不佳。IPC可降低復發風險并改善生存，但IPC前后腹腔微環境變化仍不清楚。基于IPC前后配對腹腔灌洗液，聯合bulk RNA-seq與scRNA-seq，探討GCPM患者IPC前后免疫微環境的變化。

bulk RNA結果顯示，IPC后炎癥?趨化與先天免疫相關基因如IL1B、IRAK2、NLRP3等上調，并富集于白細胞遷移的正向調控與趨化因子信號通路，提示IPC后炎癥?趨化被激活，白細胞遷移與免疫招募能力增強。

scRNA-seq總體與bulk RNA結論一致：IPC后T/NK細胞比例上升，髓系比例下降。IPC后髓系比例下降，亞群分析顯示巨噬亞群的M1/M2評分并非對立，符合其表型已由二分法演變為連續譜系模型。功能上，Mph_APOE與Mph_SELENOP在吞噬得分較高、血管生成得分較低，并在IPC后，血管生成評分下降與吞噬評分上升，可能提示髓系細胞由促血管生成/組織重塑相關程序向清除與抗原處理相關功能偏移，有利于減弱免疫抑制。與此同時，LXR?APOE軸可能通過削弱髓系免疫抑制限制先天免疫抑制，提示其具有可藥理調控的“雙重性”。

細胞通訊層面，IPC后CD8_CTL與髓系細胞互作增強，CCL4?CCR5與NECTIN2?CD226等免疫信號通路增強。上述通路的增強提示IPC可能促進免疫微環境功能恢復并提升細胞毒性反應。

總體而言，bulk與單細胞兩個層面的結果在方向上具有一致性：炎癥?趨化與先天免疫信號增強、效應T/NK成分與功能狀態上調、Treg細胞及髓系抑制特征下降，并伴隨趨化?共刺激相關通訊軸增強。

我們的研究以配對腹腔灌洗液樣本開展多組學縱向分析，較為直接地揭示了IPC相關的“效應T細胞增強—髓系抑制減輕”的方向性變化，但亦存在以下局限性。第一，樣本量有限，統計效能受限，部分觀察結果僅能支持趨勢性變化。第二，腹腔灌洗液作為腹膜生態位的替代樣本，其細胞組成可能受個體差異及灌洗回收效率等因素影響。第三，IPC后取樣時間窗口相對靠近治療實施，可能主要反映早期免疫重塑。后續研究可在更大隊列中結合多時間點縱向采樣，結合空間組學驗證關鍵細胞在腹膜轉移灶的原位分布，并通過體外功能實驗或動物模型對關鍵通訊軸等進行機制驗證，以進一步明確IPC誘導免疫重塑的時序特征及其與療效預后的關聯。

04

結論

研究從基因、通路及免疫細胞組成功能層面，刻畫了IPC前后腹膜免疫微環境的變化。

1）IPC后免疫微環境整體呈現效應增強與抑制減弱：bulk RNA-seq表明炎癥/趨化與先天免疫通路上調；CIBERSORT與scRNA-seq一致顯示CD8+T比例上調、Treg細胞比例下降，髓系抑制性作用減弱。

2）細胞通訊層面，CCL4?CCR5與NECTIN2?CD226軸在IPC后權重上升，提示效應T細胞募集、駐留及細胞毒性功能可能被加強。

綜上，IPC可能通過增強效應T細胞活性及減弱髓系抑制功能，提示腹膜免疫微環境發生部分重塑，上述發現為優化局部干預與免疫聯合策略提供轉錄組學依據。

本文作者：楊麗婷、馬亞銳、焦宇辰

作者簡介：楊麗婷，國家癌癥中心/國家腫瘤臨床醫學研究中心/中國醫學科學院北京協和醫學院腫瘤醫院，碩士研究生，研究方向為腫瘤微環境；馬亞銳（通信作者），國家癌癥中心/國家腫瘤臨床醫學研究中心/中國醫學科學院北京協和醫學院腫瘤醫院，博士后，研究方向為功能基因組學、腫瘤基因組、腫瘤藥物高通量篩選；焦宇辰（共同通信作者），國家癌癥中心/國家腫瘤臨床醫學研究中心/中國醫學科學院北京協和醫學院腫瘤醫院，教授，研究方向為基于多組學及功能基因組的腫瘤機制及轉化。

文章來 源 ：楊麗婷, 馬亞銳, 焦宇辰. 腹腔灌注化療誘導腹膜轉移胃癌患者免疫微環境重塑的轉錄組特征[J]. 科技導報, 2026, 44(11): 58?68.

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