Cell | 淋巴结侵犯可诱导肿瘤免疫耐受促进远端转移
原创 榴莲不酥 图灵基因 2022-06-10 07:03 发表于江苏
收录于合集#前沿分子生物学机制
撰文：榴莲不酥
IF= 41.582
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亮点：
在肿瘤固有干扰素反应程序的促进下，淋巴结定植通过诱导肿瘤免疫的广泛改变和产生肿瘤特异性免疫耐受来促进向远处器官的转移。
Cell杂志近期发表了一篇名为“Lymph node colonization induces tumor-immune tolerance to promote distant metastasis”的文章，通过使用淋巴结（LN）转移的同系黑色素瘤小鼠模型研究了肿瘤如何扩散到LN以及LN定植是否影响转移到远处组织。结果发现这些影响延伸到人类癌症和其他鼠类癌症模型，这意味着恶性肿瘤通过这种保守的系统机制扩散到远处器官。
远处器官转移可诊断大多数癌症的IV期疾病，是癌症相关死亡的主要原因。然而这些转移通常先于LN受累，这是大多数实体瘤最具信息量的预后因素。LN是组织和肿瘤的下游引流部位，因此，推测其定植在很大程度上是不受控制的，是向远处扩散的中间步骤。因此，LN转移在产生远处转移中的重要性仍然存在争议。在癌症中，来自原发性肿瘤的经典树突状细胞（cDC）亚群在LN中呈递肿瘤抗原可以引发有效的抗肿瘤免疫，免疫疗法通常需要激活LN中的免疫反应。在LN转移过程中肿瘤逃避抗肿瘤免疫的机制以及这种转移对进一步疾病进展的影响在很大程度上是未知的。通过开发了一个LN转移模型，从而发现LN转移性肿瘤在表观遗传上被重新布线，使LN定植、抑制抗肿瘤免疫，并最终产生促进转移的肿瘤特异性免疫耐受。
1. LN转移同基因模型的开发揭示了LN转移在促进远处器官转移中的作用
为了开发LN转移模型，研究团队使用了类似于其他器官特异性转移模型中使用的体内选择方法。用最小转移性同系黑色素瘤细胞系B16-F0植入小鼠，从任何产生的LN转移中产生从头细胞系，并将它们植入幼稚受体中。通过在九代中重复这个过程，产生了近300个独特的细胞系，其中越来越多的细胞系来自后代的非引流LN。尽管生长动力学降低，但后代LN系以比亲本系更高的频率转移到LN。皮下共注射荧光标记的亲代和第六代LN(LN6)细胞产生几乎完全由LN6细胞组成的LN转移瘤，而不考虑荧光蛋白。与LN相比，肺通常包含来自两条线的肿瘤，证明了LN线的LN特异性。多只小鼠表现出更多的亲代肺转移，尽管它们的LN内几乎没有亲代细胞，并且LN的组成与肺转移灶之间没有相关性。LN转移包含LN6细胞，但由于小鼠经常表现出主要来源于亲代的肺转移，通过假设LN转移可能通过作为转移细胞库以外的机制影响远处转移。他们用亲代或LN系接种小鼠，让肿瘤适应宿主，然后通过将表达tdTomato的亲代细胞注射到它们的尾静脉中来查询这些小鼠的肺转移播种。无论肿瘤是皮下植入还是直接植入LN，携带LN肿瘤的小鼠比携带亲本肿瘤的小鼠表现出更大的肺转移负担，这表明LN系增强了肿瘤的转移能力。图1：LN转移促进远处组织转移
2. LN转移表现出由干扰素刺激基因主导的转录和表观遗传特征
对来自不同世代、LN位点和系统发育谱系的肿瘤株进行RNA-seq、主成分分析和成对Spearman相关聚类显示，这些品系聚类最接近于类似世代的其他品系。几乎所有与差异表达基因相关的基因GO生物过程都与免疫反应有关，GSEA确定I型和II型IFN反应是最富集的。接下来从头颈部鳞状细胞癌（HNSCC）患者肿瘤中分选出的恶性细胞进行RNA-seq。有无LN转移的患者之间的DGE分析表明，小鼠和人类之间保存的89%的上调基因与IFN相关。慢性IFN暴露可通过表观遗传重组诱导ISG的组成性表达。因此对亲本、第三代和第七代系进行了转移酶及ATAC-seq。ATAC-seq图谱的主成分分析显示，样本按代先期聚集，表明亲本和LN转移系在表观遗传学上是不同的差异峰分析揭示了表观基因组的整体重构，表明在LN转移过程中染色质的开放倾向，许多保守的开放峰与ISG位点相邻。ISG转录起始位点以及近端和远端调节元件的可及性都有所增加。LN转移还表现出一系列IFN相关基序的活性，包括ISRE和其他IRF和STAT-TF结合基序，表明表观遗传重编程在驱动LN转移表型中的作用。图2：LN转移表现出以ISGs为主的转录谱
3. ISG信号和LN转移的获得（而非维持）需要暴露于外源性IFN
虽然I型和II型IFN诱导的信号激活数百个基因，但PD-L1和MHC-I亚单位β-2微球蛋白值得注意，因为它们在调节对肿瘤的免疫反应中发挥着重要作用。研究发现，I型IFNR可能在维持ISG稳定表达方面发挥作用。通过对所有的敲除序列进行了RNA序列分析，虽然IFNGR1的敲除对一些ISG的表达水平有一定的影响，但IFNAR1或STAT1的敲除将一个子集的表达降低到了亲本水平。
然而，并非所有上调的基因都需要I型IFNR信号传导来表达。差异聚类在各种敲除系中表达的基因产生了四个不同的基因簇。簇II中的基因在IFNRKOLN1系中部分上调，并在IFNAR1敲除中保持，这表明在LN转移期间它们的上调不需要IFN信号传导，与INFRKOLN1系上增加的MHC-I水平一致，表明H-2亚基的调节独立于IFN信号传导发生。最后，簇IV中的基因被上调，并且它们的表达不依赖于IFNR信号传导，但在IFNRKOLN1系中没有上调，表明它们最初的上调是IFN信号传导的结果。这些基因包括CD274，这与观察到的IFNRKOLN1系上缺乏表面PD-L1表达和LN6-sgIFNAR1系上维持的PD-L1表达一致。因此，在LN转移期间暴露于IFN会诱导获得一个ISG程序。最后将STAT1敲除的LN6肿瘤植入小鼠体内，发现它们产生的LN转移较少，证明ISG程序在LN转移中起关键作用。图3：外源性IFN的暴露是获得而不是维持LN转移促进ISG信号所必需的
4. LN 定植诱导局部免疫库的广泛改变
LN肿瘤小鼠的受累LN中T细胞与B细胞的比率降低，Treg部分增加。对具有亲代肿瘤、LN6肿瘤或两者均无的小鼠的LN进行scRNA-seq。CD4和CD8 T细胞由多个簇组成，肿瘤的存在导致从具有原始或静止T细胞群特征的T细胞群向活化T细胞群转移。这些作用在LN6肿瘤小鼠的CD8 T细胞室中最为显著。流式细胞术分析证实CD44+CD62L-激活的CD8 T细胞增加，以及CD8 T细胞PD-1+部分增加，表明LN转移可能导致衰竭。
由于骨髓细胞群仅占LN内总细胞的一小部分，因此通过流式细胞术对其进行分析，将具有LN转移的小鼠与没有或未移植肿瘤的小鼠进行比较。LN转移诱导相关LN中巨噬细胞和中性粒细胞的分数和总数增加，这些巨噬细胞还表达更高水平的PD-L1。在树突细胞（DC）隔室内，LN转移诱导从MHC-IIhiCD11cint迁移DCs（mDCs）向MHC-IIintCD11chi驻留DCs（rDCs）的转变并减少交叉呈递Xcr1+经典DC1型（cDC1）细胞。在mDC和rDC子集中，CD103+和CD8α+cDC1分别减少。一般来说携带LN转移的小鼠具有更高数量的CD11b+DC。此外，与Xcr1+cDC1s相比，CD11b+SIRPa+cDC2s表达更高水平的PD-L1。因此，骨髓腔内的改变与免疫抑制微环境一致。图4：LN定植引起局部免疫系统的广泛改变
5. LN转移诱导的Tregs具有抗原特异性并促进远处转移
为了确定诱导的Treg是否具有抗原特异性，将表达Ova的原发肿瘤植入小鼠体内，然后将表达Ova的LN8细胞植入小鼠的LN中。为了进一步确定这种抗原特异性是否对促进远处转移至关重要，将缺乏Ova表达的亲代或LN6肿瘤植入OT-II小鼠，其CD4 T细胞表达仅识别Ova323-339的转基因TCR，然后再静脉注射B16-F0-tdTomato。与亲代肿瘤相比，携带LN6肿瘤的小鼠抑制肺转移增加，这表明CD4T细胞室识别肿瘤抗原对于促进LN肿瘤的远处转移是必要的。
最后观察是否存在LN转移灶会导致抗原特异性Treg的优先扩增。将野生型同类CD45.1小鼠植入表达Ova的亲本或LN8肿瘤，并过继转移来自CD45.2OT-II小鼠和荧光报告基因CD45.2野生型小鼠的幼稚CD4 T细胞。无论肿瘤类型如何，在LN内的CD45.2+细胞中检测到的报告Treg很少。同样，携带亲本肿瘤的小鼠显示出最少的MHC-II-Ova-四聚体+CD45.2+Treg。相比之下，携带LN8肿瘤的小鼠表现出增加的Ova特异性CD45.2+Treg数量，并且这种增加仅发生在可检测到LN转移的小鼠中。因此LN转移优先诱导、扩大和维持肿瘤特异性Treg。总之，这些数据表明LN转移诱导抗原特异性初始CD4 T细胞分化为Treg，这些抗原特异性Treg促进远处组织的转移播种。图5：LN转移诱导抗原特异性Tregs，促进远处转移
几乎所有恶性肿瘤扩散到远处组织的患者首先表现出淋巴结受累，但这种参是与否对随后向远处组织的转移具有功能性影响仍然存在争议。研究团队的结果通过证明 LN 定植在转移进展中发挥关键作用，调和了这些矛盾的模型，不一定作为细胞来源播种远处转移，而是通过诱导肿瘤特异性免疫耐受，使远处组织易于转移定植。与 LN 参与广泛实体恶性肿瘤的预后价值一致。
教授介绍
Edgar G. Engleman，斯坦福大学病理学和医学教授，斯坦福癌症研究所肿瘤免疫学和免疫治疗联合主任，斯坦福血液中心医学主任，斯坦福大学糖尿病研究中心成员。主要研究免疫细胞的生物学及其在癌症和其他危及生命的疾病的发病机制中的作用。通过应用新的和更精确的分析工具来评估小鼠和人类的这一系统，已经成功地识别出促进疾病的免疫异常。通过针对导致这些异常或受这些异常影响的细胞，成功地逆转了异常并改善了它们引起的疾病。同时广泛使用小鼠模型进行深入的机械研究，也使用人体组织来确认发现的临床相关性。
参考文献
Reticker-Flynn NE, Zhang W, Belk JA, et al. Lymph node colonization induces tumor-immune tolerance to promote distant metastasis. Cell. 2022 May 1:S0092-8674(22)00466-4. doi: 10.1016/j.cell.2022.04.019. Epub ahead of print. PMID: 35525247.
