食管鳞状细胞癌（简称食管癌）是我国常见多发恶性消化道肿瘤之一。河南林州地区是世界上食管癌发病率最高的地区。食管癌发生发展的过程具有多阶段性以及进行性演进的特点。正常食管上皮细胞在遗传因素和环境因素的刺激下由正常细胞转变为癌前病变,进而逐渐演进为浸润性癌。上皮细胞异常增生是食管鳞癌癌变过程中最早发生的组织形态的特征性改变。目前公认其发生阶段为:正常鳞状上皮→食管炎→低级别上皮内瘤变→高级别上皮内瘤变→原位癌→浸润性食管癌。其中食管炎、低级别上皮内瘤变、高级别上皮内瘤变是食管癌形成过程中的癌前病变阶段。在癌症发生发展过程中,肿瘤微环境的作用贯穿始终,形成复杂且不断发展的生态系统。癌细胞与微环境的各成分,包括免疫细胞、基质细胞以及细胞外基质等非细胞组分,通过相互作用,推动着癌症的进展。随着单细胞测序技术和生物信息学的发展,现在我们可以对高度复杂的癌症微环境中各组分进行全面精细的解析,从而解决长久存在问题。然而,目前大多数实验室主要用晚期食管癌进行分析,鲜有解析不同癌变过程动态变化的研究。我们在河南林州食管癌研究现场,收集了 14名患者食管多阶段病变组织标本,包括8例正常鳞状上皮、10例炎症上皮、6例低级别上皮内瘤变（low-grade intraepithelial neoplasia,LGIN）、9例高级别上皮内瘤变（high-grade intraepithelial neoplasia,HGIN）和14例食管鳞癌（ESCC）组织,进行单细胞转录组测序。重点解析上皮细胞和微环境中各种细胞的改变以及它们之间的相互作用。我们发现HGIN阶段是食管炎转变成食管癌的关键阶段。从HGIN到ESCC,上皮细胞下调黏膜免疫和分化相关的表达程序,上调氧化还原和细胞增殖相关的表达程序,从而共同促进癌前病变细胞的恶性表型。我们还发现,大量肿瘤相关内皮细胞（TEC）浸润是ESCC区别于其他癌前病变阶段的特征性事件。我们分析了 ESCC中基质微环境成分,确定存在4种主要的成纤维细胞亚型。沿着肿瘤发生发展的方向,癌相关成纤维细胞（CAF）和正常粘膜成纤维细胞（NMF）的数量呈相反走向,CAF在肿瘤微环境中的累积是ESCC发展的晚期事件。我们进一步用Cellphone DB算法分析了成纤维细胞与产生表达程序不同的上皮细胞的相互作用,发现在ESCC发生过程中CAF可与上皮细胞通过CD74-MIF、EGFR-MIF、HLA-C-FAM3C互作,促进癌变细胞的恶性表型。我们还分析了上皮细胞表达程序对肿瘤发生阶段正常活化成纤维细胞（NAF）和CAF分布的影响,结果表明上皮细胞粘膜程序高表达对CAF形成有显著的抑制作用。自HGIN之后,上皮细胞的粘膜程序表达下调,增强了 CAF的激活和血管生成,进一步促进了肿瘤的进展。综上所述,这些结果揭示了 ESCC发生发展过程中上皮细胞和微环境中的基质细胞的动态演变及其交互作用,为深入阐释ESCC发病机制提供了依据。