Cell丨樊嘉/高强/张晓明/杨力合作揭示中性粒细胞的抗肿瘤潜能:抗原提呈

发表时间:2024-03-06  |  阅读次数:2198次  |  字体大小 [ ]

 中性粒细胞是天然免疫的第一道防线(1),广泛参与肿瘤免疫循环、免疫编辑、免疫逃逸等重要过程(2)。同时,中性粒细胞是人体最丰富的白细胞类型,占人体白细胞的40%至70%,是肿瘤微环境的重要组成部分(2)。但是,中性粒细胞半衰期短(6-8小时)、细胞脆弱(3),这些困难导致目前鲜有中性粒细胞的大规模系统研究,他们发挥抗肿瘤还是促肿瘤的功能(4-8)是领域内争议的焦点。近年来在泛癌尺度的肿瘤微环境研究如火如荼(9-11),这一策略为系统研究中性粒细胞的功能和表型带来了新的契机。

2024年3月5日,复旦大学附属中山医院樊嘉院士和高强教授、中国科学院上海免疫与感染研究所张晓明研究员、复旦大学生物医学研究院杨力研究员合作在Cell上发表了题为Neutrophil profiling illuminates anti-tumor antigen-presenting potency的研究论文,利用自测数据(79.29%)和公共数据(20.71%),基于肝癌、胆管癌、胆囊癌等17个癌种的143例患者共计225例样本的中性粒细胞单细胞转录组,系统性揭示了人源肿瘤相关中性粒细胞的表型多样性和可塑性(如抗原提呈型、促血管新生型、炎症型等)发现HLA-DR+CD74+中性粒细胞在多个癌种和患者预后正相关,可诱导T细胞抗原特异反应并促进形成“热肿瘤”微环境,可作为潜在的免疫治疗增敏策略。

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 在这项研究中,研究者通过整合来自225例患者样本的中性粒细胞单细胞转录组数据,利用聚类分析发现中性粒细胞可分为10大群,如HLA-DR+CD74+抗原提呈型中性粒细胞、VEGFA+SPP1+促血管新生型中性粒细胞、CXCL8+IL1B+炎症型,这些中性粒细胞分别对应着不同的免疫表型、趋化因子特征和成熟状态。在多个癌种中,HLA-DR+CD74+中性粒细胞和更好的预后相关,而VEGFA+SPP1+中性粒细胞和更差预后相关。研究者通过综合利用4种单细胞轨迹算法、多重免疫荧光、流式细胞术等技术,表征了中性粒细胞的不同成熟状态,发现HLA-DR+CD74+中性粒细胞可能处于终末分化的成熟状态,提示了该亚群的重要作用。

因此,研究者进一步聚焦HLA-DR+CD74+中性粒细胞功能和调控机制,通过单细胞代谢通路分析、小规模代谢物体外筛选等,发现亮氨酸代谢和中性粒细胞抗原提呈功能的潜在联系:亮氨酸可上调中性粒细胞的MHC-II类抗原提呈分子HLA-DR及相关共刺激分子表达。作者进一步发现,亮氨酸可通过线粒体结构和功能重塑,并增强乙酰辅酶A生成,上调MHC-II类分子启动子区的H3K27乙酰化修饰,从而上调HLA-DR等抗原提呈分子。为了进一步研究这一群细胞的抗原提呈功能,作者发现HLA-DR+CD74+中性粒细胞可提呈肿瘤新抗原至T细胞,重塑T细胞免疫组库并增强抗原特异反应。这些结果提示了HLA-DR+CD74+中性粒细胞的代谢可塑性及治疗价值。

在此基础上,作者探索了抗原提呈中性粒细胞的抗肿瘤治疗价值。研究者发现多种类型的小鼠肿瘤中也存在CD74+抗原提呈相关的中性粒细胞亚群。在小鼠模型中,富含亮氨酸的饮食或CD74+中性粒细胞过继治疗可增强抗PD-1免疫疗法的疗效。而当抗原提呈中性粒细胞过继处理患者来源性肿瘤组织块(patient-derived tumor fragments,PDTFs)时,T细胞抗原特异反应分子和杀伤分子均显著升高。此外,基于肿瘤患者的免疫治疗测序数据分析发现,抗原提呈中性粒细胞和免疫治疗响应程度显著正相关。

 综上,这项工作生成了多癌种的中性粒细胞转录组数据,深入分析了中性粒细胞癌种特异及共享的转录模式、细胞状态、代谢特征、临床相关性,聚焦HLA-DR+CD74+中性粒细胞的抗原提呈功能,探索了利用中性粒细胞抗原提呈来增敏免疫治疗的可能。

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图1. 研究设计示意图。

 复旦大学附属中山医院樊嘉院士和高强教授、中国科学院上海免疫与感染研究所张晓明研究员、复旦大学生物医学研究院杨力研究员为本文通讯作者。复旦大学博士生吴英成、马家强、杨旭鹏、博士后南芳、硕士生张天成为共同第一作者。本研究得到复旦大学雷群英教授、朱棣教授、美国哈佛大学麻省总院朱秀轩教授、法国巴斯德研究所Claude Leclerc教授、上海交大免疫所王峰教授和王静教授的支持。

原文链接:https://doi.org/10.1016/j.cell.2024.02.005

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