天津医科大学新研究：发现加重肝癌侵袭性和免疫治疗耐药性新机制
2024年4月12日，天津医科大学于津浦/李祥春共同通讯在《Cell Reports Medicine》上发表题为“Macrophage-coated tumor cluster aggravates hepatoma invasion and immunotherapy resistance via generating local immune deprivation”的研究论文，在研究中，我们采用先进的高重分子分析来发现一种新的空间结构，称为巨噬细胞包被肿瘤簇（macrophage-coated tumor cluster，MCTC），我们发现它表明预后不良和更具侵袭性的 HCC。值得注意的是，MCTC 阳性 （MCTC） HCC 通常由于排除了瘤内细胞毒性 T 细胞而抵抗 ICI，尽管它被描述为“免疫热”肿瘤。然而，通过用 Mac-2 拮抗剂抑制巨噬细胞相关凝集素 Mac-2 结合蛋白 （M2BP），我们可以阻止 MCTC 的形成并恢复 T 细胞浸润，为提高 HCC 的 ICI 治疗效果提供了一条有希望的途径。
研究背景
肝细胞癌（HCC）是一种具有显著侵袭性的癌症，手术切除后复发率很高。尽管酪氨酸激酶抑制剂已用于一级和二级治疗，但它们对总生存期（OS）的改善有限。美国食品和药物管理局（FDA）加快批准免疫检查点抑制剂，包括 PD-1和CTLA-4抗体，预计将改变晚期 HCC 的管理。然而，它没有显示出对总生存期的显著改善。因此，当务之急是揭示HCC免疫治疗耐药性的分子事件，并开发新的策略来提高ICI治疗的疗效。
HCC 的 ICI 耐药性是多方面的，但关键的方面之一涉及肿瘤微环境（TME）内错综复杂的相互作用。我们之前的研究表明，肿瘤相关巨噬细胞在 HCC TME 中普遍存在，并且已被证明可以通过 microRNA 介导的机制促进 HCC 细胞迁移和侵袭。此外，TAM有助于TME内的免疫抑制环境，TAM的密度较高，与预后不良和ICI耐药性增加相关，如在各种癌症中所见。
新出现的证据表明，肿瘤内免疫细胞的空间配置对癌症进展至关重要。例如，癌症相关成纤维细胞和癌细胞之间的结构性相互作用与肺癌细胞的迁移和T细胞的排除有关。我们假设在 HCC 中，TAM 的独特空间排列可以通过改变免疫细胞的肿瘤内分布来影响 ICI 耐药性。
研究进展
在探索 MCTC 中巨噬细胞的功能和表型景观时，单细胞 RNA 测序（scRNA-seq）技术使我们能够深入了解 3 例 MCTC 和 3 例 MCTC HCC 病例的细胞组成。利用标记基因分析，我们成功地将分析的细胞分为肿瘤细胞、T 细胞、巨噬细胞、成纤维细胞、内皮细胞和 B 细胞（图 4A 和 4B）。此外，我们区分了四个具有不同特征的巨噬细胞簇。值得注意的是，MCTC 组织内的巨噬细胞主要积聚在簇 2 中，表明 MCTC 组织内具有特殊的巨噬细胞表型（图 4C）。利用先前（马等人）总结的scRNA-seq数据得出的TAM特征，我们分析了我们的巨噬细胞表型，并观察到簇2中的巨噬细胞明显表现出与脂质相关（LA-TAM），免疫调节（Reg-TAM）和促血管生成（Angio-TAM）表型相关的特征（图4D）。这些巨噬细胞通过它们在促进免疫逃避、提供营养和满足癌细胞代谢需求方面的作用与肿瘤发生有关。比较分析显示，这些TAM亚群在MCTC HCC组织的巨噬细胞中显著上调，表明其促肿瘤潜力增强（图4E）。然而，在其他 TAM 亚型中，MCTC 和 MCTC 组织之间没有观察到显著差异。对簇 2 巨噬细胞的 GO 分析突出了其在 TME 内复杂相互作用的通路的激活，例如参与抑制 T 细胞增殖和促进调节性 T 细胞（Treg）分化的通路，同时促进细胞迁移、血管生成和粘附（图 4F）。这些结果表明，MCTC HCC中的巨噬细胞表现出明显的免疫抑制和促肿瘤表型。
MCTC HCC 中的巨噬细胞表现出明显的免疫抑制和促肿瘤表型
我们的研究还阐明了 Trem2 的关键作用，主要在肿瘤浸润性巨噬细胞中表达，并因其免疫抑制作用及其与 ICI 耐药性的显著关联而得到认可。Trem2 巨噬细胞主要在簇 2 中观察到（图 4G），并且在 MCTC 组织中更丰富，正如 TJMUCH 队列 IV 中的 mIF 染色所证实的那样（图 4H）。此外，我们的分析扩展到 TJMUCH 队列 IV 组织中具有耗尽表型（以 CD39 标记）的 Tregs（由 Foxp3 标记）和 T 细胞，它们在调节 TME 内的免疫反应中起着重要作用。
研究结果
总之，我们的研究表明，巨噬细胞包被肿瘤簇 （macrophage-coated tumor cluster，MCTC） 表示 HCC 中独特的空间结构组织，与来自 3 个内部队列和 2 个独立外部验证队列的 572 例 HCC 病例的无复发生存期和总生存期降低相关。从机制上讲，肿瘤衍生的巨噬细胞相关凝集素 Mac-2 结合蛋白 （M2BP） 诱导 MCTC 形成并将免疫活性细胞捕获在 MCTC 边缘，以诱导瘤内细胞毒性 T 细胞排斥和局部免疫剥夺。用 Mac-2 拮抗剂阻断 M2BP 可能提供一种有效的方法来防止 MCTC 形成，增强 T 细胞浸润，从而提高 ICI 治疗 HCC 的疗效。
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