天然与适应性免疫应答协作，共同控制肿瘤转移

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作为世界领先的全科学领域学术出版社，细胞出版社特与“中国科学院青年创新促进会”合作开设“青促会述评”专栏，以期增进学术互动，促进国际交流。

2021年第三十三期（总第70期）专栏文章，由复旦大学附属中山医院肿瘤内科主任 刘天舒、复旦大学附属山医院肿瘤内科主治医师 艾罗燕，就Cancer Cell中的论文发表述评。

肿瘤微环境包括组织驻留细胞、天然免疫细胞（如巨噬细胞）和适应性免疫细胞（如T细胞）等。通过天然免疫和适应性免疫协作，可以达到共同控制肿瘤的目的。巨噬细胞可以在经典活化巨噬细胞和替代活化巨噬细胞两种状态中切换。经典活化巨噬细胞通常被IFNγ和toll样受体激动剂如LPS等活化，这种巨噬细胞可以分泌IL-12和TNFα等促炎因子，通过上调诱导型一氧化氮合酶（iNOS）活性促进精氨酸转化成具有杀伤效应的NO；而替代活化巨噬细胞产生IL-10和TGFβ等抗炎因子，具有促进肿瘤生长的作用。肿瘤相关的巨噬细胞（TAMs）大部分时候表现出替代活化巨噬细胞的特性，往往表现为促进肿瘤转移，抑制T细胞的活化。但是，如果将TAMs进一步极化，也可以具有杀伤癌症细胞的功能。因此，通过调控巨噬细胞的极化有潜力成为一种新的有效的抗肿瘤方式。

近日，来自美国冷泉港实验室的Mikala Egeblad教授团队发现单磷脂A（monophosphoryl lipid A）和γ干扰素（IFNγ）的共同刺激可诱导TAMs成为具有杀伤癌细胞能力的巨噬细胞。在此过程中，天然免疫和适应性免疫相互协调、共同发挥抗肿瘤效应。

作者首先通过分离PyMT小鼠（一种乳腺癌小鼠模型）的瘤组织和乳腺癌胸膜转移病人胸水获取了TAMs和肿瘤细胞。在两种细胞共培养的同时，通过不同的TLR激动剂（LPS, MPLA，polyI:C）单独或者联合IFNγ进行刺激，发现只有在巨噬细胞存在情况下，IFNγ联合LPS或IFNγ联合MPLA才能杀死肿瘤细胞，而诱导型一氧化氮合酶（iNOS）活性在其中发挥关键作用。MPLA+IFNγ通过巨噬细胞重编程，使得表达具有肿瘤杀伤作用的分子如NOS2、 CD40、TNF、IL-12B显著增加，而TAMs相关分子如IL-10、MRC1的表达明显降低。

▲图1 MPLA+IFNγ可以重编程巨噬细胞，使其肿瘤杀伤作用增强

随后，作者对MPLA+IFNγ在体内的肿瘤细胞杀伤效果进行了研究。通过PyMT和4T1两种乳腺癌小鼠模型实验，作者证实瘤内和腹腔内注射MPLA+IFNγ均可抑制肿瘤的生长和肺部转移。单用IFNγ也可抑制肿瘤生长，但效果弱于两者联合；而MPLA单用不能抑制肿瘤生长。

▲图2 体内实验验证MPLA+IFNγ抑制肿瘤的生长和转移

MPLA与IFNγ联用是如何增强抗肿瘤效应的呢？通过测量肿瘤微环境中的炎症因子，作者发现MPLA+IFNγ可以诱导一系列免疫细胞趋化因子如CCL5,CXCL9,CXCL13,CCL12和CXCL5的产生。进一步通过RNA-seq分析，作者发现MPLA+IFNγ不仅可以促进I型干扰素通路的基因表达，还同时降低了细胞外基质相关的基因表达。GO分析显示这些改变的基因主要体现为增强的免疫刺激反应如I型干扰素通路、抗原处理和呈递，以及降低免疫抑制反应如胶原活化通路等。

▲图3 RNA-seq提示增强的免疫激活反应和减弱的免疫抑制反应为MPLA+IFNγ抗肿瘤的机制

通过细胞成分分析，作者发现经瘤内注射MPLA+IFNγ，肿瘤组织中Ly6C+Ly6G-炎性中性粒细胞、F4/80+巨噬细胞显著增加。同时，表达iNOS、CD40的巨噬细胞比例也明显增加，而表达CD206的细胞比例则有所降低。这也再次证实MPLA+IFNγ促进了巨噬细胞重编程。

▲图4 MPLA+IFNγ可重编程巨噬细胞

MPLA+IFNγ还可通过增强抗原呈递活化细胞毒性T细胞。MMTV-PyMT-chOVA小鼠的肿瘤细胞表达OVA的肽链SIINFEKL。以MPLA与IFNγ进行联合给药，小鼠瘤内H-2Kb OVA+巨噬细胞和树突状细胞数量翻倍增加。肿瘤组织中总的CD8a+T细胞、CD107a+ 或 PD1+活化T细胞以及CD44+CD62L-效应记忆T细胞也明显增加。在肺转移的肿瘤组织中，同样可以看到T细胞浸润的增加。因此，MPLA+IFNγ刺激不仅可以逆转小鼠肿瘤微环境的免疫抑制状态，还激活了持续性适应性T细胞免疫反应来对抗潜在的肿瘤转移。

随后，作者进一步证实巨噬细胞分泌的细胞因子也参与了MPLA+IFNγ对细胞毒性T细胞的活化。研究发现，体外MPLA+IFNγ刺激PyMT小鼠脾脏中分离的CD8+T细胞并不能有效激活T细胞；但当把这些T细胞和同种小鼠分离的骨髓来源的巨噬细胞共培养后，MPLA+IFNγ可明显刺激CD8+ T上CD69的表达，提示MPLA+IFNγ是通过巨噬细胞来活化细胞毒性T细胞的，而巨噬细胞分泌的IL-12, TNFα和 CXCL9是其中重要的信号分子。MPLA+IFNγ可以促进巨噬细胞和PyMT肿瘤中IL-12、TNFα和 CXCL9的表达，而通过相应抗体拮抗IL-12或TNFα作用，T细胞上CD69表达可被部分抑制。后续使用利用抗体清除巨噬细胞或者T细胞后， MPLA+IFNγ的抗肿瘤效应显著减弱，提示巨噬细胞与T细胞都是MPLA+IFNγ发挥抗肿瘤作用的基础。

▲图5 MPLA+IFNγ通过促进促炎因子的分泌和提高抗原呈递能力，活化细胞毒性T细胞

令人惊喜的是，MPLA与IFNγ联合使用产生的抗肿瘤效应还具有持续性。作者将小鼠瘤组织切除后通过静脉再次注射带有ECFP荧光的肿瘤细胞，此时前期经过MPLA+IFNγ处理的小鼠新生肿瘤负荷明显减少，而MPLA或IFNγ单用均得不到该效果。研究显示，在该过程中T细胞发挥了关键作用。在清除相关T细胞后，这种持续存在的抗肿瘤免疫效应也随之消失，提示MPLA+IFNγ处理后小鼠产生抗肿瘤记忆T细胞的能力也得到增强。因此，MPLA+IFNγ组合不仅可以逆转肿瘤免疫的抑制状态，而且可以诱发抗肿瘤免疫记忆，对肿瘤的转移产生长久的抗肿瘤效应。为进一步证实该效应的广谱性，作者在卵巢癌相关模型中也得到了类似结果。

▲图6 MPLA+IFNγ可产生持续的抗肿瘤效应

综上所述，该文从巨噬细胞的抗肿瘤作用与肿瘤微环境的出发，利用多种体内、体外实验，多种动物模型，多层次、多维度证实MPLA与IFNγ联合使用可促进巨噬细胞重编程，进而增强其抗肿瘤作用。同时，重编程后的巨噬细胞通过分泌更多的IL-12，TNFα等促炎因子和增加的抗原呈递作用，进一步促进细胞毒性T细胞的活化，并诱导产生T细胞记忆效应发挥持续性抗肿瘤作用。基于以上发现，MPLA与IFNγ联合使用具有潜在的广泛临床应用前景。

▲图7 天然免疫和适应性免疫共同介导MPLA+IFNγ诱导的巨噬细胞的抗肿瘤作用

论文摘要

肿瘤相关巨噬细胞（TAMs）可抑制T细胞、促进肿瘤转移，也可以在极化后发挥肿瘤细胞杀伤作用。因此，巨噬细胞的极化可以被用来调控肿瘤。本研究发现乳腺癌患者转移性胸水中的巨噬细胞在单磷脂A（monophosphoryl lipid A， MPLA）和γ干扰素（IFNγ）的刺激下可被极化成杀伤肿瘤细胞的巨噬细胞。在乳腺癌小鼠模型中，MPLA+ IFNγ瘤内或腹腔内注射可抑制肿瘤生长和转移。在卵巢癌模型中，MPLA+ IFNγ亦可抑制肿瘤转移和促进化疗敏感性。巨噬细胞和T细胞共同介导该抗肿瘤过程。MPLA+IFNγ可刺激I型干扰素通路；重编程CD206+TAMs成诱导型一氧化氮合酶（inducible NO synthase，iNOS）阳性巨噬细胞；还可以通过巨噬细胞分泌的IL-12和TNFα活化细胞毒性T细胞。MPLA 和 IFNγ都在临床上单独使用，两者联合使用可望成为一种全新的抗肿瘤免疫调控手段。

Tumor-associated macrophages (TAMs) promote metastasis and inhibit T cells, yet macrophages can be polarized to kill cancer cells. Macrophage polarization could thus be a strategy for controlling cancer. We show that macrophages from metastatic pleural effusions of breast cancer patients can be polarized to kill cancer cells with monophosphoryl lipid A (MPLA) and interferon γ (IFNγ). MPLA+IFNγ injectedintratumorally or intraperitoneally reduces primary tumor growth and metastasis in breast cancer mouse models and suppresses metastasis and enhances chemotherapy response in an ovarian cancer model. Both macrophages and T cells are critical for the treatment’s anti-metastatic effects. MPLA+IFNγ stimulates type I IFN signaling, reprograms CD206 + TAMs to inducible NO synthase (iNOS) + macrophages, and activates cytotoxic T cells through macrophage-secreted interleukin 12 (IL-12) and tumor necrosis factor α (TNFα). MPLA and IFNγ are used individually in clinical practice and together represent a previously unexplored approach for engaging a systemic anti-tumor immune response.

中文内容仅供参考，请以英文原文为准

述评人简介

刘天舒

主任医师，博士生导师

复旦大学附属中山医院肿瘤内科主任

liu.tianshu@zs-hospital.sh.cn

刘天舒，主任医师，博士生导师。现任复旦大学附属中山医院肿瘤内科主任，肿瘤防治中心秘书长，肿瘤早期研究病房主任。在上海医学会循证医学与临床流行病学分会等多个学术组织中担任主任委员或副主任委员。擅长胃肠道肿瘤的内科治疗、免疫治疗及新药临床试验。以第一或通讯作者发表SCI论文100余篇。主持国家级及省部级课题6项。在80余项新药临床研究中担任PI。

Prof. Tianshu Liu is the Chief of Department of Medical Oncology and the Secretary General of Cancer Center, Zhongshan Hospital, Fudan University. She also takes the chairman or vice chairman of committee in several academic organizations including Association of Evidence-based Medicine and Clinical Epidemiology. Prof. Liu majors in treatment of gastrointestinal cancer and clinical trials of new drugs and has published a lot of research papers of high scientific significance.

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艾罗燕

复旦大学附属山医院肿瘤内科主治医师

ai.luoyan@zs-hospital.sh.cn

艾罗燕，博士，复旦大学附属中山医院肿瘤内科主治医师。主要从事消化道肿瘤免疫治疗临床与基础研究。以第一/通讯作者在Gut，JITC等杂志发表SCI 9 篇，主持国家自然科学基金青年基金1项，上海市启明星计划1项。参编免疫检查点抑制剂一书，由Springer出版。

Dr. Luoyan Ai is a physician in Department of Medical Oncology, Zhongshan Hospital, Fudan University. Her research focus on tumor and immunity in gastrointestinal disorders. As the first or (co-)corresponding author, Dr. Luoyan Ai has published a series of research papers in journals including Gut and Journal for immunotherapy of cancer.

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