食管鳞状细胞癌（简称食管鳞癌）是我国发病率较高的消化道恶性肿瘤。食管鳞癌的发生通常经历长期、慢性的进展过程,在形成浸润癌之前,不典型增生的食管上皮细胞限于黏膜层内生长,称为上皮内瘤变,是目前公认的鳞状细胞癌前病变的病理学形态。根据不典型增生细胞的占比,又可将其分为低级别和高级别上皮内瘤变（LGIN和HGIN）。LGIN往往进展缓慢,甚至有可能转归,但是HGIN到浸润癌则进展迅速。此外,相同诊断的不同癌前病变患者有不同的预后。目前,我们仍不明确上皮细胞癌变和发展的具体原因,也没有较好的标志物评估癌前病变患者的进展风险和预后。因此,深入理解食管上皮细胞从正常到癌前病变再向浸润癌发展的分子水平病因,确定癌发生过程中上皮细胞及微环境其他细胞的变化特征,对于阐明肿瘤发生的规律、发现早诊早治的分子标志物等方面有不可或缺的价值。随着二代测序技术和高分辨率的单细胞测序技术的不断发展,我们得以鉴定肿瘤的驱动基因和异常活化的信号通路,科学家们描绘了食管鳞癌微环境转录组图谱,发现肿瘤中存在的广泛性免疫抑制现象。然而,目前大部分研究仍停留于肿瘤和癌旁之间的比较,鲜有研究解析处于癌前病变的癌发生早期的微环境中细胞和分子的动态变化。本研究对14名食管鳞癌患者进行多部位取材,通过病理诊断得到14例食管鳞癌、9例HGIN、6例LGIN、10例炎症以及8例正常鳞状上皮的组织标本,进行单细胞转录组测序（scRNA-seq,10×Genomic）,最终捕获了 110,969个细胞。我们刻画了多阶段食管鳞癌发生过程中的免疫微环境转录组图谱及其变化规律,揭示了免疫细胞类型随着肿瘤发生的转录组学动态变化以及微环境内细胞间复杂的相互作用。浸润癌阶段的微环境积累了大量肿瘤相关巨噬细胞（TAM）和耐受性树突状细胞（tDC）,并且随着病理进展,上皮细胞通过分泌细胞因子进一步募集TAM,发挥促瘤进展和免疫抑制功能。在肿瘤发生早期的HGIN阶段,CD8+T细胞就出现大量耗竭,然而其杀伤活性并未上调,CD4+Treg细胞也在该病理阶段加强了免疫抑制的作用,为肿瘤的发生提供生长环境,而在LGIN阶段并未发现这样强的免疫抑制现象。通过细胞间相互作用预测,我们发现微环境中的各类细胞通过分泌多种细胞因子和趋化因子介导细胞间的趋化作用,招募了大量促炎和免疫抑制的细胞,在癌发生的早期就为不典型增生细胞的进一步生长提供温床。综上所述,本研究完成了食管鳞癌发生多阶段的单细胞转录组分析,刻画了食管癌前病变的微环境单细胞转录组图谱,发现了早在癌前病变阶段局部浸润的促瘤及免疫抑制的相关免疫细胞亚型,揭示了癌发生早期的免疫细胞转录组特征及变化规律,为食管癌发生的免疫微环境层面的成因提供了新的证据,也为食管癌早期诊断和防治工作提供了宝贵的数据支持。