高分文献解析｜国自然热点（巨噬细胞）遇上新宠（代谢重编程）

作为近几年国自然第一大热点的“巨噬细胞”仅2023年就有1万9千多篇发表的文章（Pubmed数据）。而以“代谢重编程”为研究对象的文章在近些年也不断涌现，相关国自然资助项目也呈指数增长。我们看看这篇文章如何从实验上将“巨噬细胞”“代谢重编程”联系起来～

【文章标题】C1q+ tumor-associated macrophages contribute to immunosuppression through fatty acid metabolic reprogramming in malignant pleural effusion

【发表杂志】J Immunother Cancer.（IF：10.9）

【发表时间】2023年9月

【关键词】肿瘤相关巨噬细胞（tumor-associated macrophages ,TAMs）；代谢重编程（metabolic reprogramming）；单细胞转录组测序（scRNA-seq）；恶性胸腔积液（malignant pleural effusion ,MPE）

闪光点

1、   不同于以往单细胞技术研究中仅将巨噬细胞分为M1（促炎）和M2（促癌）亚群，该研究使用单细胞测序数据识别了C1q+ TAMs（肿瘤相关巨噬细胞）；

2、   通过基因富集分析发现C1q+ TAMs显著激活脂肪酸代谢途径，并通过一系列体外实验揭示C1q+ TAMs如何通过脂肪酸代谢重编程促进免疫抑制。

方法与结论

样本：7名肺癌患者恶性胸腔积液(MPE)、小鼠恶性胸腔积液

1、获得目标亚群

肿瘤相关巨噬细胞（TAMs）在促进肿瘤转移和耐药性方面发挥重要作用。为了适应肿瘤微环境（TME）中的代谢及信号变化，TAMs对其代谢进行严格的重新编程，并以此获得免疫抑制和促肿瘤功能。本文对肺癌患者的胸腔积液（MPE）中的免疫细胞进行了单细胞测序分析（scRNA-seq），对髓系细胞进行再分群后，共获得3个巨噬细胞亚群（Macro_FCN1、Macro_IL1B、Macro_C1q）和3个树突细胞亚群（图1）。

图1

这里我们可以看到作者并没有如往常一样，将巨噬细胞分为M1、M2亚型，而是根据C1q相关基因的表达，分出了C1q+ 巨噬细胞亚群。C1q是补体C1复合物的一个组成部分，作为先天免疫系统中补体系统经典激活途径的启动子，在肿瘤的发展过程中发挥促进作用。随后作者发现C1q在胸腔积液（MPE）中主要表达于巨噬细胞，且在其他类型的癌症中也证实了C1q+ TAMs的存在（图2）。

图2

2、目标亚群表型研究

随后作者使用scRNA-seq数据研究了C1q+ TAMs的表型，结果显示来自肺癌患者胸腔积液（MPE）的C1q+ TAMs高表达免疫抑制（TREM2，SIRPA、IL10）、巨噬细胞（HLA-DR，CSF1R，MS4A4A）代谢相关marker基因（IDH1、MSR1、FABP5，图3）。证明了C1q+ TAMs在MPE中高表达多种免疫抑制分子。

图3

3、目标亚群对T细胞的影响

为了阐明C1q+ TAMs对T细胞的影响，作者构建了一个C1q+/C1q- TAMs与CD8+T细胞共培养系统，培养72小时后，使用流式细胞仪检测CD8+T细胞分泌的细胞因子。结果显示与C1q+ TAMs共同培养抑制了CD8+T细胞IFN-γ（抗肿瘤作用）、TNF-α（肿瘤坏死因子）、granzyme B（细胞杀伤作用）、perforin（穿孔素）的表达（图4G、I）和CD8+T细胞的增殖（图4K）；增加了CD8+T细胞PD-1（程序性死亡受体）和TIGIT（带有免疫球蛋白和ITIM结构域的T细胞免疫受体）的表达（图4H、J）。这些结果说明C1q+ TAMs损害了CD8+ T细胞的肿瘤杀伤能力，并诱发其功能耗尽。

图4

4、目标亚群重编程机制探究

那么C1q+ TAMs到底是如何调控代谢途径从而抑制CD8+ T细胞的功能呢？scRNA-seq的GSVA富集分析显示脂肪酸代谢、PPAR信号通路（脂肪酸代谢相关信号通路）在C1q+ TAMs中被显著激活（图5A-C）。老规矩，生信分析获得的数据需要进行实验验证：作者使用BODIPY 493/503标记的脂肪酸探针，利用流式细胞仪（图5D）和免疫荧光（图5E）检测C1q+/C1q- TAMs的脂肪酸积累程度，结果显示C1q+ TAMs中脂肪酸含量显著高于C1q- TAMs。

图5

通过scRNA-seq数据的分析，可以获得C1q+ TAMs细胞参与脂肪酸代谢的关键基因（FABP5、PPARG/PPAR-γ，图6G）。体外实验也证明FABP5、PPARG在C1q+ TAMs中高表达（图6H）。

图6

与此同时，作者使用体外实验检测了C1q+ TAMs免疫抑制基因的表达情况，发现免疫抑制基因（TREM2、Tim-3、SIRPα、PD-1、PD-L1）在C1q+ TAMs显著高表达（图7）。

图7

FABP5是巨噬细胞表达的一种脂质伴侣蛋白，它可以与长链脂肪酸和其他疏水配体结合，从而调节脂肪酸的摄取、运输和代谢[1]。为了证实FABP5在C1q+ TAMs免疫抑制功能中的调节作用，作者用SBFI-26（FABP5抑制剂）来处理TAMs。结果显示SBFI-26减少了脂肪酸的积累，降低了PPAR-γ以及人类和小鼠TAMs中免疫抑制基因（TREM2, Tim-3, SIRPα, PD-1, PD-L1）的表达水平（图8）。

图8

此外，作者还检测了SBFI-26处理后TAMs与CD8+T细胞共培养后，对CD8+T细胞的影响。结果显示SBFI-26处理TAMs后，共培养CD8+T细胞的IFN-γ、TNF-α、granzyme B、perforin表达升高，PD-1和TIGIT表达降低（图9J、K）。且细胞增殖能力显著升高（图9L）说明SBFI-26可以抑制由C1q+ TAMs诱导的CD8+ T细胞的肿瘤杀伤能力、功能耗尽。

图9

这些结果表明，C1q+ TAMs通过FABP5介导的脂肪酸代谢重编程发挥免疫抑制功能，从而导致CD8+T细胞功能障碍。

虽说“巨噬细胞”“代谢重编程”两大热点是通过体外实验联系起来的，但是单细胞分析在其中“穿针引线”的作用也是不可或缺的。要知道代谢重编程可不止脂肪酸代谢这么一个过程，还涉及糖代谢、氨基酸代谢等多个代谢途径。想要研究代谢重编程的老师们不妨先试试用单细胞数据进行分析，从而为您的实验研究提供更好的方向指引！

参考文献

[1] Guo Y, Liu Y, Zhao S, et al. Oxidative stress-induced FABP5 S-glutathionylation protects against acute lung injury by suppressing inflammation in macrophages. Nat Commun. 2021;12(1):7094. Published 2021 Dec 7. doi:10.1038/s41467-021-27428-9IF: 16.6 Q1 B1

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