一、引言癌症药物耐药始终阻碍临床治疗效果提升受肿瘤异质性、肿瘤微环境动态变化等因素影响不同患者乃至同一患者体内不同肿瘤细胞对药物的反应存在明显差异。肿瘤细胞与肿瘤微环境之间持续的相互作用会助力肿瘤细胞存活与增殖进一步加剧耐药问题。因此筛选能够预测药物反应、提示耐药风险的细胞标志物成为肿瘤精准治疗领域的研究重点。2025年7月华中科技大学同济医学院团队在《Journal of Hematology Oncology》SCI医学1区影响因子40.4发表综述围绕单细胞组学与空间组学技术展开论述结合肿瘤异质性、肿瘤微环境重塑、细胞间相互作用、信号通路及代谢调控等层面汇总25类癌症的药物反应与耐药相关细胞标志物为肿瘤个体化治疗提供了新的理论依据。单细胞组学可实现单个细胞水平的高通量多组学检测解析细胞间差异、阐明耐药演变过程联合空间组学技术后还能明确特征细胞的空间分布以及细胞位置对生物学功能的调控作用二者结合成为破解癌症耐药机制的重要工具。二、常见癌症的药物耐药特征与相关标志物一乳腺癌乳腺癌耐药具备高度异质性其耐药机制涉及多个层面。在肿瘤细胞层面三阴性乳腺癌TNBC的瘤内异质性ITH会诱导免疫逃逸进而产生治疗耐药ZNF689基因缺失会激活LINE-1加剧基因组不稳定性推动耐药发生。在肿瘤微环境层面癌相关成纤维细胞CAFs可分泌外泌体miR-22抑制雌激素受体αERα表达也能通过TGF-β/细胞外基质ECM重塑构建免疫抑制微环境免疫抑制性巨噬细胞与PD-L1表达上调会降低免疫治疗效果。此外CD8⁺耗竭T细胞TEX、高PD-L1阳性肿瘤相关巨噬细胞TAMs数量增多抗肿瘤ICOSL⁺ B细胞亚群缺失均会造成免疫细胞功能障碍最终导致治疗失效。二黑色素瘤黑色素瘤恶性程度高、侵袭性强即便免疫治疗取得突破性进展临床耐药问题依旧突出。肿瘤细胞可向间充质样状态转化TCF4蛋白会抑制抗原呈递过程与黑色素细胞转录程序使肿瘤对靶向药物和免疫检查点抑制剂ICI产生耐药。T细胞状态与治疗效果密切相关治疗有效患者体内会出现TCF7⁺ CD8⁺ T细胞扩增而耐药患者则大量富集CD39⁺、TIM3⁺耗竭T细胞。外周血T细胞受体TCR克隆动态、肿瘤浸润效应TIE细胞变化及PSI评分可用于疗效预测无应答患者通常缺失免疫激活相关特征。单细胞研究证实CDK4/6可介导耐药基因表达联合CDK4/6抑制剂能够提升免疫治疗的应答率。整体而言黑色素瘤耐药由肿瘤细胞可塑性、T细胞功能异常及固有耐药转录网络共同介导。三卵巢癌卵巢癌复杂的耐药微环境由多重机制共同构建。肿瘤细胞增殖分化能力活跃非恶性癌相关成纤维细胞分泌IL-6、CXCL12激活JAK/STAT信号通路促进肿瘤生长并诱导耐药。CYR61⁺“应激”亚群细胞可通过Wnt/β-catenin通路与survivin蛋白提升化疗耐药能力同时可作为肿瘤复发的预测标志物。在卵巢透明细胞癌OCCC中HIF阳性癌细胞与癌相关成纤维细胞在肿瘤-基质界面形成特异性空间互作依靠HIF-1α通路及双向反馈环路持续强化耐药特性。四膀胱癌膀胱癌顺铂化疗耐药现象十分普遍代谢通路重塑、H3K18乳酰化引发的转录调控改变是主要诱因。免疫治疗获益人群有限仅约五分之一患者可从中获益IL-10⁺肿瘤相关巨噬细胞、细胞毒性CD4⁺ T细胞是影响免疫治疗疗效的关键细胞。膀胱癌复发率较高耐药机制交织着免疫微环境紊乱与表观遗传修饰异常。五非小细胞肺癌非小细胞肺癌免疫治疗耐药多源于T细胞功能缺陷、细胞因子受体表达下调直接削弱PD-1抑制剂作用效果。COL11A1⁺癌相关成纤维细胞大量富集于肿瘤边缘形成物理屏障同时激活缺氧、TGF-β、促血管生成相关通路并与SPP1⁺巨噬细胞协同抑制T细胞功能构建抑制性肿瘤微环境。多项分子标志物与药物反应存在明确关联ID2、PIK3CD、MATK等基因表达与PD-1呈正相关UQCR10则与之呈负相关。六胶质母细胞瘤GBM胶质母细胞瘤对免疫检查点抑制剂普遍耐药CTLA-4、PD-1抑制剂临床疗效不佳核心原因在于高度免疫抑制的肿瘤微环境且目前缺少有效的预测生物标志物。肿瘤内巨噬细胞多呈抑制表型淋巴细胞浸润匮乏肿瘤细胞通过分泌细胞因子招募各类免疫抑制细胞阻断机体抗肿瘤免疫反应。NK细胞活化受体NKG2C在肿瘤侵袭边缘高表达可参与肿瘤微环境调控、影响免疫应答但其具体作用机制尚未完全阐明。七多发性骨髓瘤MM靶向免疫疗法在多发性骨髓瘤治疗中面临初发耐药与获得性耐药双重问题BCMA×CD3双特异性T细胞接合剂TCEs、BCMA CAR-T细胞疗法疗效受限靶抗原缺失、MHC I类分子丢失、患者个体免疫差异是主要诱因。T细胞丰度与功能直接影响治疗敏感性特异性CD8⁺ T细胞数量越高治疗应答越好耗竭样CD8⁺ T细胞克隆大量存在则预示治疗失败。此外肿瘤细胞会出现耐缺氧、蛋白折叠失调、线粒体呼吸异常等分子适应改变PPIA作为调控蛋白折叠应激的关键酶有望成为耐药干预新靶点。八结直肠癌结直肠癌PD-1抑制剂疗效存在显著个体差异血液及肿瘤组织中肿瘤反应性样CD8⁺ T细胞Ttr-like的丰度与功能状态是评估免疫治疗效果的重要依据耗竭型CD8⁺ T细胞Tex可作为疗效预测标志物。在化疗耐药方面THBS2⁺癌相关成纤维细胞分泌COL8A1激活ITGB1/PI3K-AKT通路并诱导上皮-间质转化EMT显著增强肿瘤对奥沙利铂的耐药性。九肝细胞癌HCC阿特珠单抗联合贝伐单抗的治疗方案对多数肝细胞癌患者疗效有限免疫抑制微环境是核心制约因素。高波形蛋白表达的巨噬细胞与调节性T细胞Treg在空间上共定位形成免疫抑制区域Treg细胞与CD8⁺ T细胞紧密接触会抑制CD8⁺ T细胞功能并加速其耗竭促使肿瘤发生免疫逃逸。POSTN⁺癌相关成纤维细胞、FOLR2⁺肿瘤相关巨噬细胞、PLVAP⁺内皮细胞协同参与肿瘤-胎肝重编程提升肿瘤术后复发风险与免疫耐药能力。十 前列腺癌前列腺癌经雄激素受体AR抑制剂、去势疗法ADT治疗后复发患者的治疗反应差异较大。该肿瘤细胞异质性突出患者外周循环肿瘤细胞CTCs的分子表达、信号通路活性各不相同。非经典Wnt信号通路异常上调是前列腺癌主要耐药机制也为临床耐药干预提供了潜在方向。十一头颈部鳞状细胞癌HNSCC单独使用PD-1抑制剂对头颈部鳞状细胞癌疗效微弱联合抗CTLA-4药物可有效增强抗肿瘤免疫反应。免疫微环境失衡是耐药关键CD4⁺ T细胞募集不足、活化受阻会直接限制整体治疗效果。十二胰腺导管腺癌PDAC胰腺导管腺癌的耐药主要由LRRC15⁺癌相关成纤维细胞介导这类细胞激活TGFβ信号通路构建强免疫抑制微环境进而削弱PD-L1抑制剂的治疗作用。十三急性髓系白血病AML阿扎胞苷联合PD-1抑制剂尼沃利尤单抗治疗急性髓系白血病仅能实现短期疗效长期有效病例较为罕见。CD4⁺ T细胞的功能状态、多功能性PSI决定治疗走向T细胞功能缺陷、多功能性不足会直接引发耐药。十四大B细胞淋巴瘤LBCLCAR-T细胞疗法治疗大B细胞淋巴瘤的长期缓解率偏低主要原因是输注的细胞产品中富集大量耗竭型CD8⁺、CD4⁺ T细胞导致抗肿瘤免疫功能下降。十五小细胞肺癌SCLC小细胞肺癌肿瘤微环境炎症水平低PD-L1表达量极低机体难以启动有效的抗肿瘤免疫。REST基因高表达可增强抗肿瘤免疫低表达则会促进耐药。多阳性肿瘤细胞MPTCs富集提示患者预后不良而富集M1型巨噬细胞与CD8⁺ T细胞的抗肿瘤型免疫微环境MT2可提升免疫治疗应答率。十六胃腺癌STAD胃腺癌免疫治疗耐药与肿瘤边界区免疫细胞代谢重编程相关谷氨酸、多不饱和脂肪酸代谢通路异常上调会介导肿瘤免疫逃逸。不同代谢亚型的肿瘤对靶向药物反应差异明显T1亚型HER2⁺ MIB1⁺ CD3⁺对曲妥珠单抗敏感T2亚型HER2⁻MIB1⁻ CD3⁻、T3亚型pEGFR⁺则表现出高度耐药证实代谢特征与亚型标志物可用于评估药物疗效及患者预后。三、癌症耐药的共性特征总结多种肿瘤的耐药机制存在共通规律。黑色素瘤、头颈部鳞状细胞癌、非小细胞肺癌的耐药均以肿瘤免疫微环境紊乱为核心巨噬细胞是趋化因子CXCL9/10/11的主要分泌细胞这类趋化因子可调控T细胞浸润塑造“热”肿瘤微环境CXCL9/10高表达利于CD8⁺ T细胞募集提升免疫检查点抑制剂疗效反之则会引发耐药。 基底细胞癌与鳞状细胞癌经抗PD-1治疗后肿瘤内会大量出现表达CD39、CD103的耗竭型CD8⁺ T细胞。肿瘤原有浸润T细胞难以被重新激活免疫检查点抑制剂的疗效依赖外周新T细胞的募集这也是此类肿瘤耐药的重要原因。 放眼多数实体瘤PD-1/PD-L1抑制剂疗效存在显著个体差异效应样T细胞克隆扩增水平越高患者对抗PD-L1治疗的应答越好。CXCL13⁺ CD8⁺ T细胞、CXCL13⁺ CD4⁺ T细胞的浸润水平可作为免疫检查点抑制剂疗效的预测指标浸润比例越高治疗效果越理想。CD8⁺ PD-1⁺耗竭T细胞中CXCR4高表达提示治疗效果不佳抑制CXCR4能够缓解T细胞耗竭、恢复抗肿瘤免疫CXCR4拮抗剂与免疫检查点抑制剂联合用药具备良好的临床应用潜力。四、技术挑战与未来展望单细胞组学与空间组学突破了传统研究技术的局限从细胞异质性、细胞互作、空间分布等多个维度深度解析癌症药物反应与耐药的分子、细胞机制助力耐药标志物与治疗靶点挖掘为肿瘤精准个体化治疗奠定基础。但目前两项技术仍面临诸多现实难题检测成本高昂、实验操作流程复杂、空间分辨率存在短板、多维组学数据分析难度大同时还存在生物样本隐私保护等问题。 未来该领域的发展将聚焦于多组学技术深度整合、细胞空间信息精细化解析、人工智能辅助大数据分析等方向。同时需进一步开展标志物作用机制研究与大规模临床验证推动单细胞与空间组学技术从基础研究走向临床应用持续助力肿瘤精准医学发展。
J Hematol Oncol综述 | 单细胞与空间组学解析癌症药物反应及耐药性的细胞特征研究
一、引言癌症药物耐药始终阻碍临床治疗效果提升受肿瘤异质性、肿瘤微环境动态变化等因素影响不同患者乃至同一患者体内不同肿瘤细胞对药物的反应存在明显差异。肿瘤细胞与肿瘤微环境之间持续的相互作用会助力肿瘤细胞存活与增殖进一步加剧耐药问题。因此筛选能够预测药物反应、提示耐药风险的细胞标志物成为肿瘤精准治疗领域的研究重点。2025年7月华中科技大学同济医学院团队在《Journal of Hematology Oncology》SCI医学1区影响因子40.4发表综述围绕单细胞组学与空间组学技术展开论述结合肿瘤异质性、肿瘤微环境重塑、细胞间相互作用、信号通路及代谢调控等层面汇总25类癌症的药物反应与耐药相关细胞标志物为肿瘤个体化治疗提供了新的理论依据。单细胞组学可实现单个细胞水平的高通量多组学检测解析细胞间差异、阐明耐药演变过程联合空间组学技术后还能明确特征细胞的空间分布以及细胞位置对生物学功能的调控作用二者结合成为破解癌症耐药机制的重要工具。二、常见癌症的药物耐药特征与相关标志物一乳腺癌乳腺癌耐药具备高度异质性其耐药机制涉及多个层面。在肿瘤细胞层面三阴性乳腺癌TNBC的瘤内异质性ITH会诱导免疫逃逸进而产生治疗耐药ZNF689基因缺失会激活LINE-1加剧基因组不稳定性推动耐药发生。在肿瘤微环境层面癌相关成纤维细胞CAFs可分泌外泌体miR-22抑制雌激素受体αERα表达也能通过TGF-β/细胞外基质ECM重塑构建免疫抑制微环境免疫抑制性巨噬细胞与PD-L1表达上调会降低免疫治疗效果。此外CD8⁺耗竭T细胞TEX、高PD-L1阳性肿瘤相关巨噬细胞TAMs数量增多抗肿瘤ICOSL⁺ B细胞亚群缺失均会造成免疫细胞功能障碍最终导致治疗失效。二黑色素瘤黑色素瘤恶性程度高、侵袭性强即便免疫治疗取得突破性进展临床耐药问题依旧突出。肿瘤细胞可向间充质样状态转化TCF4蛋白会抑制抗原呈递过程与黑色素细胞转录程序使肿瘤对靶向药物和免疫检查点抑制剂ICI产生耐药。T细胞状态与治疗效果密切相关治疗有效患者体内会出现TCF7⁺ CD8⁺ T细胞扩增而耐药患者则大量富集CD39⁺、TIM3⁺耗竭T细胞。外周血T细胞受体TCR克隆动态、肿瘤浸润效应TIE细胞变化及PSI评分可用于疗效预测无应答患者通常缺失免疫激活相关特征。单细胞研究证实CDK4/6可介导耐药基因表达联合CDK4/6抑制剂能够提升免疫治疗的应答率。整体而言黑色素瘤耐药由肿瘤细胞可塑性、T细胞功能异常及固有耐药转录网络共同介导。三卵巢癌卵巢癌复杂的耐药微环境由多重机制共同构建。肿瘤细胞增殖分化能力活跃非恶性癌相关成纤维细胞分泌IL-6、CXCL12激活JAK/STAT信号通路促进肿瘤生长并诱导耐药。CYR61⁺“应激”亚群细胞可通过Wnt/β-catenin通路与survivin蛋白提升化疗耐药能力同时可作为肿瘤复发的预测标志物。在卵巢透明细胞癌OCCC中HIF阳性癌细胞与癌相关成纤维细胞在肿瘤-基质界面形成特异性空间互作依靠HIF-1α通路及双向反馈环路持续强化耐药特性。四膀胱癌膀胱癌顺铂化疗耐药现象十分普遍代谢通路重塑、H3K18乳酰化引发的转录调控改变是主要诱因。免疫治疗获益人群有限仅约五分之一患者可从中获益IL-10⁺肿瘤相关巨噬细胞、细胞毒性CD4⁺ T细胞是影响免疫治疗疗效的关键细胞。膀胱癌复发率较高耐药机制交织着免疫微环境紊乱与表观遗传修饰异常。五非小细胞肺癌非小细胞肺癌免疫治疗耐药多源于T细胞功能缺陷、细胞因子受体表达下调直接削弱PD-1抑制剂作用效果。COL11A1⁺癌相关成纤维细胞大量富集于肿瘤边缘形成物理屏障同时激活缺氧、TGF-β、促血管生成相关通路并与SPP1⁺巨噬细胞协同抑制T细胞功能构建抑制性肿瘤微环境。多项分子标志物与药物反应存在明确关联ID2、PIK3CD、MATK等基因表达与PD-1呈正相关UQCR10则与之呈负相关。六胶质母细胞瘤GBM胶质母细胞瘤对免疫检查点抑制剂普遍耐药CTLA-4、PD-1抑制剂临床疗效不佳核心原因在于高度免疫抑制的肿瘤微环境且目前缺少有效的预测生物标志物。肿瘤内巨噬细胞多呈抑制表型淋巴细胞浸润匮乏肿瘤细胞通过分泌细胞因子招募各类免疫抑制细胞阻断机体抗肿瘤免疫反应。NK细胞活化受体NKG2C在肿瘤侵袭边缘高表达可参与肿瘤微环境调控、影响免疫应答但其具体作用机制尚未完全阐明。七多发性骨髓瘤MM靶向免疫疗法在多发性骨髓瘤治疗中面临初发耐药与获得性耐药双重问题BCMA×CD3双特异性T细胞接合剂TCEs、BCMA CAR-T细胞疗法疗效受限靶抗原缺失、MHC I类分子丢失、患者个体免疫差异是主要诱因。T细胞丰度与功能直接影响治疗敏感性特异性CD8⁺ T细胞数量越高治疗应答越好耗竭样CD8⁺ T细胞克隆大量存在则预示治疗失败。此外肿瘤细胞会出现耐缺氧、蛋白折叠失调、线粒体呼吸异常等分子适应改变PPIA作为调控蛋白折叠应激的关键酶有望成为耐药干预新靶点。八结直肠癌结直肠癌PD-1抑制剂疗效存在显著个体差异血液及肿瘤组织中肿瘤反应性样CD8⁺ T细胞Ttr-like的丰度与功能状态是评估免疫治疗效果的重要依据耗竭型CD8⁺ T细胞Tex可作为疗效预测标志物。在化疗耐药方面THBS2⁺癌相关成纤维细胞分泌COL8A1激活ITGB1/PI3K-AKT通路并诱导上皮-间质转化EMT显著增强肿瘤对奥沙利铂的耐药性。九肝细胞癌HCC阿特珠单抗联合贝伐单抗的治疗方案对多数肝细胞癌患者疗效有限免疫抑制微环境是核心制约因素。高波形蛋白表达的巨噬细胞与调节性T细胞Treg在空间上共定位形成免疫抑制区域Treg细胞与CD8⁺ T细胞紧密接触会抑制CD8⁺ T细胞功能并加速其耗竭促使肿瘤发生免疫逃逸。POSTN⁺癌相关成纤维细胞、FOLR2⁺肿瘤相关巨噬细胞、PLVAP⁺内皮细胞协同参与肿瘤-胎肝重编程提升肿瘤术后复发风险与免疫耐药能力。十 前列腺癌前列腺癌经雄激素受体AR抑制剂、去势疗法ADT治疗后复发患者的治疗反应差异较大。该肿瘤细胞异质性突出患者外周循环肿瘤细胞CTCs的分子表达、信号通路活性各不相同。非经典Wnt信号通路异常上调是前列腺癌主要耐药机制也为临床耐药干预提供了潜在方向。十一头颈部鳞状细胞癌HNSCC单独使用PD-1抑制剂对头颈部鳞状细胞癌疗效微弱联合抗CTLA-4药物可有效增强抗肿瘤免疫反应。免疫微环境失衡是耐药关键CD4⁺ T细胞募集不足、活化受阻会直接限制整体治疗效果。十二胰腺导管腺癌PDAC胰腺导管腺癌的耐药主要由LRRC15⁺癌相关成纤维细胞介导这类细胞激活TGFβ信号通路构建强免疫抑制微环境进而削弱PD-L1抑制剂的治疗作用。十三急性髓系白血病AML阿扎胞苷联合PD-1抑制剂尼沃利尤单抗治疗急性髓系白血病仅能实现短期疗效长期有效病例较为罕见。CD4⁺ T细胞的功能状态、多功能性PSI决定治疗走向T细胞功能缺陷、多功能性不足会直接引发耐药。十四大B细胞淋巴瘤LBCLCAR-T细胞疗法治疗大B细胞淋巴瘤的长期缓解率偏低主要原因是输注的细胞产品中富集大量耗竭型CD8⁺、CD4⁺ T细胞导致抗肿瘤免疫功能下降。十五小细胞肺癌SCLC小细胞肺癌肿瘤微环境炎症水平低PD-L1表达量极低机体难以启动有效的抗肿瘤免疫。REST基因高表达可增强抗肿瘤免疫低表达则会促进耐药。多阳性肿瘤细胞MPTCs富集提示患者预后不良而富集M1型巨噬细胞与CD8⁺ T细胞的抗肿瘤型免疫微环境MT2可提升免疫治疗应答率。十六胃腺癌STAD胃腺癌免疫治疗耐药与肿瘤边界区免疫细胞代谢重编程相关谷氨酸、多不饱和脂肪酸代谢通路异常上调会介导肿瘤免疫逃逸。不同代谢亚型的肿瘤对靶向药物反应差异明显T1亚型HER2⁺ MIB1⁺ CD3⁺对曲妥珠单抗敏感T2亚型HER2⁻MIB1⁻ CD3⁻、T3亚型pEGFR⁺则表现出高度耐药证实代谢特征与亚型标志物可用于评估药物疗效及患者预后。三、癌症耐药的共性特征总结多种肿瘤的耐药机制存在共通规律。黑色素瘤、头颈部鳞状细胞癌、非小细胞肺癌的耐药均以肿瘤免疫微环境紊乱为核心巨噬细胞是趋化因子CXCL9/10/11的主要分泌细胞这类趋化因子可调控T细胞浸润塑造“热”肿瘤微环境CXCL9/10高表达利于CD8⁺ T细胞募集提升免疫检查点抑制剂疗效反之则会引发耐药。 基底细胞癌与鳞状细胞癌经抗PD-1治疗后肿瘤内会大量出现表达CD39、CD103的耗竭型CD8⁺ T细胞。肿瘤原有浸润T细胞难以被重新激活免疫检查点抑制剂的疗效依赖外周新T细胞的募集这也是此类肿瘤耐药的重要原因。 放眼多数实体瘤PD-1/PD-L1抑制剂疗效存在显著个体差异效应样T细胞克隆扩增水平越高患者对抗PD-L1治疗的应答越好。CXCL13⁺ CD8⁺ T细胞、CXCL13⁺ CD4⁺ T细胞的浸润水平可作为免疫检查点抑制剂疗效的预测指标浸润比例越高治疗效果越理想。CD8⁺ PD-1⁺耗竭T细胞中CXCR4高表达提示治疗效果不佳抑制CXCR4能够缓解T细胞耗竭、恢复抗肿瘤免疫CXCR4拮抗剂与免疫检查点抑制剂联合用药具备良好的临床应用潜力。四、技术挑战与未来展望单细胞组学与空间组学突破了传统研究技术的局限从细胞异质性、细胞互作、空间分布等多个维度深度解析癌症药物反应与耐药的分子、细胞机制助力耐药标志物与治疗靶点挖掘为肿瘤精准个体化治疗奠定基础。但目前两项技术仍面临诸多现实难题检测成本高昂、实验操作流程复杂、空间分辨率存在短板、多维组学数据分析难度大同时还存在生物样本隐私保护等问题。 未来该领域的发展将聚焦于多组学技术深度整合、细胞空间信息精细化解析、人工智能辅助大数据分析等方向。同时需进一步开展标志物作用机制研究与大规模临床验证推动单细胞与空间组学技术从基础研究走向临床应用持续助力肿瘤精准医学发展。
