背景:在肺癌的疾病发展过程中,约半数的患者会发生中枢神经系统转移。近年来免疫检查点抗体在肺癌患者中已成为了新的标准之一。然而,大多临床试验都有意排除脑转移（Brain metastases,BM）患者,所以免疫治疗对脑转移的疗效还未明确。肺癌脑转移多步骤过程中的细胞和分子机制尚未清楚。脑部一直被认为免疫豁免的器官,其独特的微环境可能会影响免疫治疗在脑转移上的应用。本研究旨在探究肺癌脑转移灶中程序性死亡配体1（Programmed death ligand-1,PD-L1）分子表达和肿瘤间质T细胞（Stromal T cell,sTC）和肿瘤细胞巢T细胞（Intratumoral T cell,itTC）的浸润水平,并进一步分析这些免疫分子标志物与脑手术后生存时间的相关性。方法:本研究收录了 2005年1月-2019年11月广东省人民医院收治并确诊的肺癌脑转移患者共42例,其中具有肺脑配对标本的患者共29例。本研究经我院机构伦理委员会批准并获得患者的知情同意。第一部分归纳肺癌脑转移患者的临床特征,并分析BM灶中免疫标志物与临床因子的相关性。第二部分分析肺原发灶与转移灶之间PD-L1表达与浸润T细胞的异质性。第三部分通过单细胞测序技术验证肺癌BM灶的肿瘤细胞和T细胞的分子特征。第四部分分析患者PD-L1表达与浸润T细胞水平与脑手术预后的关系。结果:1.肺癌BM灶的PD-L1表达和T细胞浸润水平与临床因子的关系42例肺癌BM患者包括35名男性和7名女性。患者中位年龄是59岁（38-72岁）。73.8%为腺癌患者。大脑手术后中位生存期达33.1个月（95%CI,12.8-53.4）。29例肺癌BM灶中8.5%（7/82）的脑标本TCPD-L1表达率≥50%,36.6%（30/82）的表达率≥5%,57.3%（47/82）的表达率≥1%。脑标本的ICPD-L1表达率≥1 0%占1.2%（1/82）,表达率≥5%占4.9%（4/82）,表达率≥1%占28.0%（23/82）。19例患者多区域脑标本中TC PD-L1的表达极差均数及标准差为15.3%±22.0%。肺癌BM灶中肿瘤间质区域T细胞浸润率（sTC）显著高于癌巢区域（itTC）（P＜0.0001）。PD-L1 水平与 CD8+itTC 浸润正相关（r=0.453,P＜0.0001）。相对于EGFR野生型患者,EGFR突变患者转移灶中TCPD-L1表达及CD8+T细胞瘤内浸润水平较低。2.肺原发灶与BM灶之间免疫标志物的比较肺原发灶与配对BM灶之间TC PD-L1表达无显著相关性。而两病灶的IC PD-L1表达具有显著的正相关（r=0.555,P=0.011）。比较两病灶的TCPD-L1和IC PD-L1表达均无显著性差异（P=0.25,P=0.27）。肺病灶中CD3+itTC、CD8+itTC浸润均高于配对BM灶（P=0.029,P=0.015）。3.肺癌脑转移标本单细胞RNA测序结果单细胞RNA测序结果显示肺癌BM灶组织中T细胞浸润率为0.24%（158/64667）。大部分T细胞均表达颗粒蛋白、颗粒酶等效应因子。部分T细胞处于增殖状态。肿瘤上皮细胞内少量表达PD-L1和PD-L2。仅2例标本检测到Siglec15的表达。4.肺癌脑转移患者中免疫标志物与脑手术术后生存期的关系通过Kaplan-Meier生存曲线分析,在临界值为1%时,TCs的PD-L1表达与BM术后生存期相关（χ2=6.59,P=0.01）。CD8+sTC高浸润水平趋向于更好的术后预后。TC-PD-L1表达阳性和CD3+sTC或CD3+itTC或CD8+sTC或CD8+itTC在BM病变中浸润程度高的患者术后生存期长于其他患者（χ2=5.27,P=0.02;χ2=6.26,P=0.01;χ2=4.31,P=0.04;χ2=8.37,P=0.004）。结论:PD-L1表达在肺癌BM灶内存在瘤内异质性,在BM灶和肺原发灶之间也存在瘤间异质性。整体上BM灶中T细胞浸润水平较肺原发灶低,且癌巢区域T细胞浸润水平也低于间质区域内。单细胞RNA测序验证了 BM灶中T细胞处于低水平浸润。而肿瘤上皮细胞少量表达PD-L1、PD-L2和Siglec15。PD-L1和浸润T细胞的组合可能会成为肺癌脑转移患者重要的生存预后因子。本研究为肺癌脑转移瘤微环境中的免疫生物标志物提供了初步而重要的数据,有助于对接受ICI的患者进行分层。我们的研究需要扩增样本量来进行进一步的探究。