中性粒細胞(圖1A)是人類最豐富的白細胞，是先天免疫系統(tǒng)的重要組成部分，占人類所有白細胞的40%至70%。中性粒細胞由骨髓中的干細胞形成(圖1B)，并分化成嗜中性粒細胞和嗜中性粒細胞鈣化細胞亞群。中性粒細胞是一種吞噬細胞，同時也是急性炎癥的標志，具有趨化、吞噬和殺菌作用。另外，中性粒細胞也可通過直接殺死腫瘤細胞和參與介導(dǎo)抗腫瘤抵抗的細胞網(wǎng)絡(luò)來介導(dǎo)抗腫瘤反應(yīng)，調(diào)節(jié)腫瘤免疫微環(huán)境。因此，中性粒細胞有望成為未來腫瘤等疾病治療的重要靶標。
在單細胞分辨率下的研究中，中性粒細胞不容易被檢測到，具體原因有以下兩點：①中性粒細胞脆弱、壽命短，在人體內(nèi)半衰期為7-10小時，對處理過程要求的技術(shù)水平相對較高；②中性粒細胞中表達的mRNA分子量低。所以，針對中性粒細胞的單細胞測序有一些挑戰(zhàn)。
 為了高分辨率地剖析非小細胞癌(NSCLC)腫瘤微環(huán)境，Salcher等在文章“High-resolution single-cell atlas reveals diversity and plasticity of tissue-resident neutrophils in non-small cell lung cancer”中整合了來自19個研究中的505個單細胞NSCLC腫瘤和健康人源樣本，并注釋出12種細胞類型(圖2A)。對比不同測序平臺細胞亞群的組成分析結(jié)果，新格元GEXSCOPE®單細胞測序平臺(以下簡稱GEXSCOPE)采取微流控微孔法分離和捕獲細胞，更加溫和，可以檢測出符合預(yù)期的中性粒細胞。
  包括T細胞，NK細胞，傳統(tǒng)樹突狀細胞，基質(zhì)細胞，上皮細胞，B細胞，血漿樹突細胞，效應(yīng)B細胞，肥大細胞，中性粒細胞，內(nèi)皮細胞和巨噬細胞
 
案例一、解析晚期NSCLC的腫瘤微環(huán)境內(nèi)中性粒細胞特征
在文章“Single-cell profiling of tumor heterogeneity and the microenvironment in advanced non-small cell lung cancer”中，作者分析了42例III/IV期NSCLC患者的穿刺樣本，將肺腺癌(LUAD)、肺鱗癌(LUSC)、驅(qū)動基因突變與野生型等多種類型的腫瘤組織進行比較，呈現(xiàn)了晚期NSCLC的大規(guī)模、單細胞分辨率的腫瘤組織微環(huán)境圖譜，并對腫瘤組織進行異質(zhì)性分析。其中，捕獲到中性粒細胞的樣本所占比例為0.05%-50.62%，具有高度的異質(zhì)性。在17種樣品中，所占比例不到5%，說明GEXSCOPE對中性粒細胞的捕捉非常敏感，即使比例較低，也能檢測到。
在本研究中，作者對LUAD病人進行了細胞成分及腫瘤亞型相關(guān)分析，發(fā)現(xiàn)LUAD病人的中性粒細胞數(shù)量明顯下降，并且中性粒細胞在腫瘤中的浸潤程度與ITHGEX評分成正比。此前，其他NSCLC研究證實，腫瘤微環(huán)境的差異會導(dǎo)致LUSC患者的中性粒細胞比LUAD更多，并且腫瘤組織中高活性粒細胞數(shù)量和腫瘤內(nèi)高度異質(zhì)性是導(dǎo)致腫瘤免疫療效差的重要原因。文章進一步彌合了高嗜中性粒細胞含量和高腫瘤異質(zhì)性之間的相關(guān)性，從一個全新的角度來探討NSCLC中中性粒細胞的生物學(xué)特性，并為中性粒細胞在NSCLC及免疫治療中的潛在功能研究提供理論依據(jù)[2]。
案例二、通過GEXSCOPE揭示STZ誘導(dǎo)的1型糖尿病小鼠中性粒細胞與骨髓與骨質(zhì)減少關(guān)系緊密
1型糖尿病(T1D)是一種多因素自身免疫性疾病。盡管T1D患者出現(xiàn)骨量下降及骨組織破壞等一系列臨床癥狀，但T1D致骨量下降的分子機理尚不清楚，猜測與骨髓中的炎癥反應(yīng)相關(guān)。在文章“Single-cell RNA sequencing analysis reveals the relationship of bone marrow and osteopenia in STZ-induced type 1 diabetic mice”中，作者建立了鏈脲佐菌素(STZ)誘發(fā)的T1D小鼠模型(D)，并以健康小鼠(C)為對照，對兩組小鼠股骨和脛骨的全骨髓細胞進行單細胞測序。研究結(jié)果顯示，兩組小鼠的細胞占比存在顯著的不同，D組小鼠中BM-中性粒細胞比例顯著增加。
進一步研究顯示，中性粒細胞cluster1在糖尿病患者血清中顯著富集于成骨細胞分化、IL-17信號通路和TNF信號通路。這個結(jié)果也與健康和STZ誘導(dǎo)的T1D小鼠之間上調(diào)的DEGs的KEGG分析相一致。這些結(jié)果表明，中性粒細胞cluster1可能密切涉及T1D和T1D誘發(fā)的骨質(zhì)疏松的病理過程，提示中性粒細胞與糖尿病患者的骨量下降關(guān)系緊密。研究者們利用D組和C組的細胞比例信息分析了組間差異，發(fā)現(xiàn)中性粒/B細胞比率與T1D模型的骨量呈正相關(guān)。據(jù)此，文章提出了外周血中性粒細胞與淋巴細胞比值(NLR)升高是由骨髓NLR升高引起的假說[3]。
     
案例三、通過GEXSCOPE研究排卵前卵泡微環(huán)境的內(nèi)在異質(zhì)性
卵泡微環(huán)境，包括卵泡內(nèi)顆粒細胞(GCs)，負責(zé)卵母細胞成熟和隨后的排卵。然而，卵泡微環(huán)境中的GCs和細胞成分在排卵前卵泡中的功能尚未被廣泛探討。文章“Single-Cell Sequencing Reveals an Intrinsic Heterogeneity of the Preovulatory Follicular Microenvironment”在單細胞分辨率下調(diào)查了體外受精中六個人類排卵前卵泡中MII卵母細胞周圍卵泡微環(huán)境。如圖5-1/2所示，作者展示了來自所有樣本的14,592個高質(zhì)量細胞的UMAP圖和六種細胞類型中特征基因的表達模式，包括顆粒細胞(GCs)、巨噬細胞、樹突狀細胞(dc)、T細胞、上皮細胞和中性粒細胞。通過研究巨噬細胞、dc、T細胞和中性粒細胞之間趨化因子的相互作用(圖5-3)，文章發(fā)現(xiàn)了巨噬細胞的浸潤和富集在GC功能的調(diào)節(jié)和DCs、T細胞和中性粒細胞的募集中起著關(guān)鍵作用。最終，文章鑒定了排卵前卵泡中顆粒細胞以及其他細胞類型的不同功能簇，揭示了排卵過程中GC中特定基因的動態(tài)，并揭示了主要細胞類型(包括各種免疫細胞類型)之間潛在的細胞相互作用[4]。
 
此外，GEXSCOPE在多個研究中都輔助解析了免疫細胞景觀：Zhang等通過對慢性乙肝肝衰竭患者(CLF)、1個日本血吸蟲合并乙肝患者(SJ)及2個健康人(HC)肝組織中的肝臟非實質(zhì)細胞(NPCs)進行了高通量單細胞測序，鑒定肝內(nèi)浸潤的免疫細胞類型和狀態(tài)，以探索血吸蟲病肝組織中發(fā)生肝纖維化的免疫機制，揭示了疾病組與對照組之間免疫微環(huán)境的異質(zhì)性，其中也包括中性粒細胞的異質(zhì)性[5]。Kong等通過對腎移植后慢性抗體介導(dǎo)排斥反應(yīng)(cABMR)發(fā)生和發(fā)展過程中免疫細胞的單細胞轉(zhuǎn)錄組測序，揭示了cABMR中強烈的T/B細胞和中性粒細胞激活，闡明了cABMR的免疫全景和致病性免疫應(yīng)答以及cABMR臨床治療的潛在治療策略的意義[6]。
作為一家擁有一站式單細胞解決方案的公司，新格元擁有獨立開發(fā)單細胞測序系統(tǒng)的研發(fā)、產(chǎn)品和服務(wù)團隊。在對多種組織樣本中的中性粒細胞的采集、分析、標注等方面有著豐富的項目經(jīng)驗積累，能夠在單細胞水平上發(fā)現(xiàn)單個細胞所特有的細微改變，發(fā)現(xiàn)新的細胞種類，并進行腫瘤異質(zhì)性的鑒別，為深入理解生命活動與疾病發(fā)生發(fā)展提供新的思路。單細胞轉(zhuǎn)錄組測序分析可能為中性粒細胞相關(guān)的研究提供另一個全面的視角，從細胞學(xué)水平上揭示中性粒細胞在多種疾病發(fā)生發(fā)展過程中的功能，并為臨床靶向治療、數(shù)據(jù)挖掘等研究奠定細胞分子生物學(xué)基礎(chǔ)。

參考文獻
[1]Salcher S, Sturm G, Horvath L, et al. High-resolution single-cell atlas reveals diversity and plasticity of tissue-resident neutrophils in non-small cell lung cancer. Cancer Cell. 2022 Dec 12;40(12):1503-1520.e8. doi: 10.1016/j.ccell.2022.10.008. Epub 2022 Nov 10. PMID: 36368318; PMCID: PMC9767679.
[2]Wu F, Fan J, He Y, Xiong A, Yu J, et al. Single-cell profiling of tumor heterogeneity and the microenvironment in advanced non-small cell lung cancer. Nat Commun. 2021 May 5;12(1):2540. doi: 10.1038/s41467-021-22801-0. PMID: 33953163; PMCID: PMC810017
[3]Zhong J, Mao X, Li H, Shen G, et al. Single-cell RNA sequencing analysis reveals the relationship of bone marrow and osteopenia in STZ-induced type 1 diabetic mice. J Adv Res. 2022 Nov;41:145-158. doi: 10.1016/j.jare.2022.01.006. Epub 2022 Jan 21. PMID: 36328744; PMCID: PMC9637485.
[4]Wu H, Zhu R, Zheng B, et al. Single-Cell Sequencing Reveals an Intrinsic Heterogeneity of the Preovulatory Follicular Microenvironment. Biomolecules. 2022 Jan 29;12(2):231. doi: 10.3390/biom12020231. PMID: 35204732; PMCID: PMC8961562.
[5]Zhang Y, Li J, Li H, et al. A preliminary investigation into the immune cell landscape of schistosome-associated liver fibrosis in humans. Immunol Cell Biol. 2021 Sep;99(8):803-813. doi: 10.1111/imcb.12490. Epub 2021 Aug 6. PMID: 34355810; PMCID: PMC8456952.
[6]Kong F, Ye S, Zhong Z, Zhou X, et al. Single-Cell Transcriptome Analysis of Chronic Antibody-Mediated Rejection After Renal Transplantation. Front Immunol. 2022 Jan 17;12:767618. doi: 10.3389/fimmu.2021.767618. PMID: 35111153; PMCID: PMC8801944.