基因表达量背后的“隐藏信息”:如何利用单细胞全长转录组破解肿瘤免疫耐受难题?
基因表达量背后的“隐藏信息”:如何利用单细胞全长转录组破解肿瘤免疫耐受难题?
肿瘤免疫治疗常面临“免疫浸润但应答无效”的表型矛盾,提示传统基因表达水平之外,可变剪接所致异构体(Isoform)多样性可能参与调控免疫逃逸。针对此问题,本文提出四步研究策略:① 常规单细胞转录组测序锁定表型矛盾相关的关键细胞亚群;② 单细胞全长转录组测序精细解析免疫检查点及相关基因的异常剪接事件与异构体;③ 高分辨率空间转录组验证候选异构体在肿瘤-免疫界面的原位富集特征;④ 通过剪接干预在共培养体系中完成功能闭环验证。该策略核心观点:肿瘤免疫状态不仅取决于基因表达量,更取决于转录本“如何表达”;解析剪接异质性有望揭示耐药新机制,为识别“伪热肿瘤”及开发剪接靶向协同治疗提供新路径。

前言
在肿瘤免疫研究领域,临床常面临一个关键的“表型矛盾”:部分患者肿瘤微环境中存在显著的免疫细胞浸润,且经典免疫检查点(如PD-1/PD-L1)的基因表达水平丰度较高,但临床常规免疫治疗(ICB)却未能触发有效的抗肿瘤免疫响应。这一“免疫存在但无效”的现象,提示在传统的基因转录丰度(Gene expression level)维度之外,存在更隐匿的调控机制。
越来越多研究表明,可变剪接产生的Isoform多样性能够通过改变蛋白结构域组成、亚细胞定位以及分子互作方式,影响免疫调控网络。因此,当传统基因表达水平无法解释免疫治疗耐受时,从Isoform状态切入解析细胞互作和功能异常,可能提供新的机制突破口。
针对这一关键科学问题,单一组学的微观数据显然不足以支撑复杂的机制假说。唯有将“常规单细胞分子分群 全长测序精细解析 空间定位特征勾勒 体外功能机制闭环”融为一体,方能形成坚实的证据链。
01
采集临床免疫治疗(ICB)响应组与非响应组的肿瘤组织样本,制备单细胞悬液。利用常规 3' 或 5' 短读长单细胞转录组测序(如 10x Genomics Chromium 系统)进行细胞聚类。
-
关键分析逻辑: 计算不同亚群中经典激活指标(如GZMB, PRF1, IFNG)与免疫检查点(如 PDCD1, CD274)的表达丰度。在此基础上,重点筛选基因表达层面无法解释临床响应差异的细胞亚群,例如具有明显免疫激活特征但仍表现治疗耐受的T细胞状态,或具有免疫逃逸特征但经典检查点表达无法解释的肿瘤细胞亚群,并对其进行差异表达基因(DEG)分析,确立其特异性表面标志物(Surface Marker),为后续的分选或靶向富集奠定基础。
-
预期可视化:UMAP细胞分群展示。例图:在发表于 Nature Medicine 的关于肿瘤微环境T细胞状态的研究中,研究者通过 UMAP 图清晰划分了不同功能的 T 细胞亚群。

图源:Nat Med. 2018;24(7):978-985.
02
针对第一步富集或锁定的“表型矛盾”细胞亚群,利用长读长单细胞测序技术(如 Oxford Nanopore PromethION 平台)进行单细胞全长转录组测序。
-
关键分析逻辑: 摆脱短读长测序对转录本重构的“猜测”,直接读取从5'端到3'端的完整mRNA序列,避免短读长数据依赖转录本拼接推断的局限。重点解析免疫检查点相关基因(如CD274、PDCD1)及其下游调控因子的完整转录本结构,鉴定外显子组合改变、可变启动子使用等Isoform事件,并结合剪接事件定量分析评估其在耐药细胞状态中的特异性富集。
-
预期可视化:基因结构图展示转录本结构,小提琴或箱线图展示表达量。例图:在发表于 Nature Communications 的研究中,研究者围绕 IL32 基因的两个转录本异构体,先用基因结构图展示其外显子组成与长度差异,再用细胞群定位图和小提琴图揭示这两个异构体在 Fibroblasts(PDGFR-α/β+)与 CD8+ T cells 中具有明显的细胞类型特异性表达,并通过统计检验量化了其表达差异。

图源:Nat Commun. 2024;15:6916.
03
为了避免体外单细胞悬液测序破坏组织原位信息的弊端,需采用高分辨率空间转录组技术。
-
关键分析逻辑: 基于第二步单细胞全长转录组鉴定出的Isoform特异性序列,针对其特有外显子组合或剪接连接区域(splice junction)设计特异性检测探针,并利用Xenium、CosMx等靶向空间转录组平台,实现候选Isoform在组织切片中的空间定位。结合组织形态学信息、病理标注及空间细胞类型解卷积方法,定义肿瘤-免疫交界区域(Tumor-Immune Interface),定量评估异常 Isoform 是否在“两军对垒”的接触面上呈现显著的浓度梯度富集,从而验证候选Isoform是否与免疫逃逸相关的空间微环境特征相伴随。
-
预期可视化:组织切片图展示肿瘤边界,秩排序或者火山图展示转录本表达差异,柱状或气泡图展示差异基因的富集趋势。例图:在发表于 Nature Communications 的肿瘤空间微环境研究中,研究者展示了如何在组织切片上勾勒出肿瘤-免疫边界,并分析基因在边界处的表达和富集趋势。


图源:Nat Commun. 2023;14:933.
04
建立患者来源肿瘤细胞与自体T细胞共培养体系。
-
关键分析逻辑: 针对第二步和第三步确立的致病性异常 Isoform,设计特异性靶向其剪接位点的反义寡核苷酸(ASO),或者使用 CRISPR-Cas13 等转录本编辑工具。在共培养体系中,通过给药干预,阻断异常 Isoform 的生成,纠正异常剪接模式,恢复正常Isoform比例。随后,利用实时活细胞成像系统(Incucyte)或流式细胞术(FACS),连续检测并定量 T 细胞对肿瘤细胞的实时杀伤率、靶细胞凋亡比例以及杀伤因子的释放水平。进一步通过Isoform特异性过表达或rescue实验,确认候选Isoform对免疫逃逸表型的必要性和充分性。
-
预期可视化:折线图或箱线图展示药物处理的肿瘤细胞有显著变化。例图:在发表于 Cell 的关于药理学调控 RNA 剪接增强抗肿瘤免疫的研究中,研究者利用小鼠肿瘤模型展示了剪接调节剂 indisulam(RBM39 降解剂)对肿瘤生长的抑制作用。经 DMSO 处理的肿瘤细胞在皮下接种后体积持续增长,而经 indisulam 体外预处理(1 μM,96 小时)并洗脱后接种的肿瘤细胞,在免疫健全小鼠体内的生长受到显著抑制。小鼠肿瘤细胞系:B16-F10(黑色素瘤)、MC38(结直肠癌)和 CT26(未分化结直肠癌)。

图源:Cell. 2021;184(15):4032-4047.e31.
05
很多时候,临床上面临的“表型矛盾”,往往预示着新机制的诞生。
当传统的差异表达分析在免疫耐受样本前“卡壳”时,单细胞全长转录组技术为我们提供了一个新视角——它不仅让我们看到同一基因座下不同 Isoform 的精细分布,更让我们看到了剪接异质性如何通过改变蛋白质构象,在空间组织界面上重塑免疫逃逸。
四步策略核心逻辑很简单:用常规单细胞找矛盾,用长读长测序找变异,用空间组学看原位,用剪接干预做闭环。 它的核心立论在于:肿瘤免疫状态不仅取决于“表达了什么”,更取决于“如何表达”。那些被短读长测序漏掉的剪接细节,恰恰是决定患者对免疫治疗响应差异的关键所在。
明确了这一点,未来的转化路径也就清晰了:一方面,这些特异性剪接异构体可以作为新型的诊断标志物,帮临床精准识别“伪热肿瘤”;另一方面,针对这些关键 Isoform 的剪接调控,也将成为克服临床耐药、与现有 ICB 疗法协同增效的潜在新策略。
寻找肿瘤免疫耐受的底层机理,从来不是单纯去读取基因的转录丰度。只有在单细胞和空间分辨率下真正厘清这些剪接变异的贡献,我们才有可能真正跨越从“微环境免疫浸润”到“临床临床获益”这最后一步。

热点推荐
三代测序正在改写表观遗传学规则——从“拼凑数据”到“全景呈现”,到底改变了什么?
代谢重塑表观:康测科技多位点乳酸化ChIP-seq为您揭开乳酸化修饰图谱
Nature子刊颠覆认知,DRS、RIP-seq、CLIP-seq多组学联合揭示NMD降解新通路-短Poly(A)尾mRNA才是真正主角!

关于康测
about SEQHEALTH
武汉康测科技有限公司成立于2016年,公司坐落武汉,先后获得国家高新技术企业、3551创业人才企业、3551长期创新人才企业、科技小巨人企业、瞪羚企业等认证。
康测科技致力于新一代组学技术的开发和在生物医学研究领域的应用。公司以绝对定量测序技术和自动化IP技术为核心,建立了涵盖基因组、表观基因组、转录组、表观转录组、免疫组和互作组在内的全面的组学服务体系。技术水平在植物、微生物、动物复杂组织的表观遗传研究领域占据绝对领先地位,已完成项目数达10000+,拥有数十台高通量核酸提取、QC、IP、建库、pooling、二/三代测序等自动化生产平台。
下辖武汉康测医学检验有限公司,康测医学依托高通量测序技术平台,为医生和患者提供精准的实体瘤、血液肿瘤、遗传病及大健康领域的临床基因检测服务。以SMP液态活检技术为核心,为患者提供高度灵敏、准确的MRD检测服务;同时提供一站式、自动化MRD建设方案。
✅ 电话:027-65527552
✅ 邮箱:seqhealth@seqhealth.cn
✅ 官网:www.seqhealth.cn

点击
进入官网了解更多
