中性粒細胞是天然免疫的第一道防線(xiàn) [1]，廣泛參與腫瘤免疫循環(huán)、免疫編輯、免疫逃逸等重要過(guò)程 [2]。同時(shí)，中性粒細胞是人體最豐富的白細胞類(lèi)型，占人體白細胞的40%至70%，是腫瘤微環(huán)境的重要組成部分 [2]。但是，中性粒細胞半衰期短（6-8小時(shí)）、細胞脆弱 [3]，這些困難導致目前鮮有中性粒細胞的大規模系統研究，他們發(fā)揮抗腫瘤還是促腫瘤的功能[4-8]是領(lǐng)域內爭議的焦點(diǎn)。近年來(lái)在泛癌尺度的腫瘤微環(huán)境研究如火如荼 [9-11]，這一策略為系統研究中性粒細胞的功能和表型帶來(lái)了新的契機。
一. 文獻來(lái)源
日前，Cell上發(fā)表了題為Neutrophil profiling illuminates anti-tumor antigen-presenting potency 的研究論文，利用自測數據（79.29%）和公共數據（20.71%），基于肝癌、膽管癌、膽囊癌等17個(gè)癌種的143例患者共計225例樣本的中性粒細胞單細胞轉錄組，系統性揭示了人源腫瘤相關(guān)中性粒細胞的表型多樣性和可塑性（如抗原提呈型、促血管新生型、炎癥型等），發(fā)現HLA-DR+CD74+中性粒細胞在多個(gè)癌種和患者預后正相關(guān)，可誘導T細胞抗原特異反應并促進(jìn)形成“熱腫瘤”微環(huán)境，可作為潛在的免疫治療增敏策略。
圖1. 研究設計示意圖
二. 項目研究
在這項研究中，研究者通過(guò)整合來(lái)自225例患者樣本的中性粒細胞單細胞轉錄組數據，利用聚類(lèi)分析發(fā)現中性粒細胞可分為10大群，如HLA-DR+CD74+抗原提呈型中性粒細胞、VEGFA+SPP1+促血管新生型中性粒細胞、CXCL8+IL1B+炎癥型，這些中性粒細胞分別對應著(zhù)不同的免疫表型、趨化因子特征和成熟狀態(tài)。在多個(gè)癌種中，HLA-DR+CD74+中性粒細胞和更好的預后相關(guān)，而VEGFA+SPP1+中性粒細胞和更差預后相關(guān)。
研究者通過(guò)綜合利用4種單細胞軌跡算法、多重免疫熒光、流式細胞術(shù)等技術(shù)，表征了中性粒細胞的不同成熟狀態(tài)，發(fā)現HLA-DR+CD74+中性粒細胞可能處于終末分化的成熟狀態(tài)，提示了該亞群的重要作用。
因此，研究者進(jìn)一步聚焦HLA-DR+CD74+中性粒細胞功能和調控機制，通過(guò)單細胞代謝通路分析、小規模代謝物體外篩選等，發(fā)現亮氨酸代謝和中性粒細胞抗原提呈功能的潛在聯(lián)系：亮氨酸可上調中性粒細胞的MHC-II類(lèi)抗原提呈分子HLA-DR及相關(guān)共刺激分子表達。作者進(jìn)一步發(fā)現，亮氨酸可通過(guò)線(xiàn)粒體結構和功能重塑，并增強乙酰輔酶A生成，上調MHC-II類(lèi)分子啟動(dòng)子區的H3K27乙?；揎?，從而上調HLA-DR等抗原提呈分子。為了進(jìn)一步研究這一群細胞的抗原提呈功能，作者發(fā)現HLA-DR+CD74+中性粒細胞可提呈腫瘤新抗原至T細胞，重塑T細胞免疫組庫并增強抗原特異反應。這些結果提示了HLA-DR+CD74+中性粒細胞的代謝可塑性及治療價(jià)值。
在此基礎上，作者探索了抗原提呈中性粒細胞的抗腫瘤治療價(jià)值。研究者發(fā)現多種類(lèi)型的小鼠腫瘤中也存在CD74+抗原提呈相關(guān)的中性粒細胞亞群。在小鼠模型中，富含亮氨酸的飲食或CD74+中性粒細胞過(guò)繼治療可增強抗PD-1免疫療法的療效。而當抗原提呈中性粒細胞過(guò)繼處理患者來(lái)源性腫瘤組織塊(patient-derived tumor fragments，PDTFs)時(shí)，T細胞抗原特異反應分子和殺傷分子均顯著(zhù)升高。此外，基于腫瘤患者的免疫治療測序數據分析發(fā)現，抗原提呈中性粒細胞和免疫治療響應程度顯著(zhù)正相關(guān)。
三. 研究結論
綜上，這項工作生成了多癌種的中性粒細胞轉錄組數據，深入分析了中性粒細胞癌種特異及共享的轉錄模式、細胞狀態(tài)、代謝特征、臨床相關(guān)性，聚焦HLA-DR+CD74+中性粒細胞的抗原提呈功能，探索了利用中性粒細胞抗原提呈來(lái)增敏免疫治療的可能。
復旦大學(xué)附屬中山醫院樊嘉院士和高強教授、中國科學(xué)院上海免疫與感染研究所張曉明研究員、復旦大學(xué)生物醫學(xué)研究院楊力研究員為本文通訊作者。復旦大學(xué)博士生吳英成、馬家強、楊旭鵬、博士后南芳、碩士生張天成為共同第一作者。本研究得到復旦大學(xué)雷群英教授、朱棣教授、美國哈佛大學(xué)麻省總院朱秀軒教授、法國巴斯德研究所Claude Leclerc教授、上海交大免疫所王峰教授和王靜教授的支持。
*復旦大學(xué)高強教授誠聘博士后，聯(lián)系方式：gaoqiang@fudan.edu.cn
吉滿(mǎn)助力
本研究中所用的RFX5過(guò)表達和干擾質(zhì)粒， dHL-60細胞均由吉滿(mǎn)生物提供。
了解更多質(zhì)粒構建,病毒包裝,穩轉株構建,敲除細胞株,報告基因檢測等相關(guān)服務(wù)。歡迎訪(fǎng)問(wèn)吉滿(mǎn)生物官網(wǎng)：www.092865.cn
免費咨詢(xún)電話(huà)：400-627-9288
文章來(lái)源：課題組供稿
原文鏈接
https://doi.org/10.1016/j.cell.2024.02.005
原文引用
“We obtained the knockdown and overexpression plasmids of RFX5 from Genomeditech (Shanghai, China)；Human: dHL-60 cells Genomeditech Co. Ltd.”
參考文獻
1. Burn, G.L., Foti, A., Marsman, G., Patel, D.F., and Zychlinsky, A. (2021). The Neutrophil. Immunity 54, 1377-1391. 10.1016/j.immuni.2021.06.006.
2. Hedrick, C.C., and Malanchi, I. (2022). Neutrophils in cancer: heterogeneous and multifaceted. Nat Rev Immunol 22, 173-187. 10.1038/s41577-021-00571-6.
3. Summers, C., Rankin, S.M., Condliffe, A.M., Singh, N., Peters, A.M., and Chilvers, E.R. (2010). Neutrophil kinetics in health and disease. Trends Immunol 31, 318-324. 10.1016/j.it.2010.05.006.
4. Ng, M.S.F., Kwok, I., Tan, L., Shi, C., Cerezo-Wallis, D., Tan, Y., Leong, K., Calvo, G.F., Yang, K., Zhang, Y., et al. (2024). Deterministic reprogramming of neutrophils within tumors. Science 383, eadf6493. 10.1126/science.adf6493.
5. Xue, R., Zhang, Q., Cao, Q., Kong, R., Xiang, X., Liu, H., Feng, M., Wang, F., Cheng, J., Li, Z., et al. (2022). Liver tumour immune microenvironment subtypes and neutrophil heterogeneity. Nature 612, 141-147. 10.1038/s41586-022-05400-x.
6. Cui, C., Chakraborty, K., Tang, X.A., Zhou, G., Schoenfelt, K.Q., Becker, K.M., Hoffman, A., Chang, Y.F., Blank, A., Reardon, C.A., et al. (2021). Neutrophil elastase selectively kills cancer cells and attenuates tumorigenesis. Cell 184, 3163-3177 e3121. 10.1016/j.cell.2021.04.016.
7. Hirschhorn, D., Budhu, S., Kraehenbuehl, L., Gigoux, M., Schroder, D., Chow, A., Ricca, J.M., Gasmi, B., De Henau, O., Mangarin, L.M.B., et al. (2023). T cell immunotherapies engage neutrophils to eliminate tumor antigen escape variants. Cell 186, 1432-1447 e1417. 10.1016/j.cell.2023.03.007.
8. Kalafati, L., Kourtzelis, I., Schulte-Schrepping, J., Li, X., Hatzioannou, A., Grinenko, T., Hagag, E., Sinha, A., Has, C., Dietz, S., et al. (2020). Innate Immune Training of Granulopoiesis Promotes Anti-tumor Activity. Cell 183, 771-785 e712. 10.1016/j.cell.2020.09.058.
9. Cheng, S., Li, Z., Gao, R., Xing, B., Gao, Y., Yang, Y., Qin, S., Zhang, L., Ouyang, H., Du, P., et al. (2021). A pan-cancer single-cell transcriptional atlas of tumor infiltrating myeloid cells. Cell 184, 792-809 e723. 10.1016/j.cell.2021.01.010.
10. Zheng, L., Qin, S., Si, W., Wang, A., Xing, B., Gao, R., Ren, X., Wang, L., Wu, X., Zhang, J., et al. (2021). Pan-cancer single-cell landscape of tumor-infiltrating T cells. Science 374, abe6474. 10.1126/science.abe6474.
11. Kinker, G.S., Greenwald, A.C., Tal, R., Orlova, Z., Cuoco, M.S., McFarland, J.M., Warren, A., Rodman, C., Roth, J.A., Bender, S.A., et al. (2020). Pan-cancer single-cell RNA-seq identifies recurring programs of cellular heterogeneity. Nat Genet 52, 1208-1218. 10.1038/s41588-020-00726-6.
