Cancer cell｜揭示腫瘤誘導的紅細胞前體介導免疫抑制的機制

免疫檢查點抑制劑（ICI）針對共抑制分子，如程式性細胞死亡蛋白-1（PD-1）、PD-1配體-1（PD-L1）和細胞毒性T淋巴細胞相關抗基因4（CTLA-4），已經改變了各種癌症的治療局面。然而，即使使用包括PD-L1表達在內的多種生物標誌物，也只有一部分患者出現了持久的臨床反應。

髓系細胞構成了腫瘤微環境（TME）基質細胞的主要部分：在已確定的實體瘤中，這些細胞可佔到腫瘤總質量的約50%。越來越多的證據表明，腫瘤細胞招募和 “教育 ”骨髓細胞，包括骨髓源性抑制細胞（MDSCs）、神經營養細胞和巨噬細胞，以促進腫瘤進展的許多方面並誘導免疫抑制以逃避監控。鑑於它們的豐富性和強大的T細胞抑制能力，腫瘤相關的骨髓細胞對ICI治療的抗腫瘤療效有較大的影響。因此，對腫瘤相關骨髓細胞的招募和/或免疫抑制的機制進行探索，可以發現新的抗癌療法的目標。

陸軍軍醫大學朱波老師團隊與美國杜克大學李啟靖老師等團隊合作，在Cancer Cell（IF=31。743）雜誌上發表題為“Tumor-Induced Erythroid Precursor-Differentiated Myeloid Cells Mediate Immunosuppression and Curtail Anti-PD-1/PD-L1 Treatment Efficacy”的文章。

在這項研究中，研究團隊利用對癌症患者和腫瘤小鼠的系譜追蹤，證明紅細胞祖細胞失去了它們的發育潛力，並轉分化到髓系。單細胞RNA-seq分析顯示，儘管紅細胞基因表達有數量上的差異，但紅細胞分化的髓系細胞（EDMCs）在轉錄上與髓系起源的對應細胞沒有區別。在接受免疫檢查點抑制劑（ICI）治療的各種患者群中，EDMC的富集與貧血患者表現一致，預示著預後不佳。該研究的結果揭示了一種前饋機制，腫瘤利用貧血觸發的紅細胞生成來實現骨髓的轉分化和免疫抑制。

研究思路及方法

方法：該研究透過流式分選純化了目的細胞群，構建了小鼠貧血模型和腫瘤模型。為了評估腫瘤發生對紅細胞發育的整體影響，收集了無骨轉移的癌症患者的骨髓（BM）細胞，並純化了CD235a+紅細胞用於scRNA-seq。為了進一步探索CD45+EPCs和EDMCs之間的關係，從LLC-bearing小鼠（第21天）分離出脾臟T-EPCs和瘤內EDMCs，並進行scRNA-seq分析；作為參考，來自急性貧血小鼠的脾臟EPCs（不指定CD45的表達，A-EPCs），以及整個瘤內MDSCs（不指定Ter119或CD71的表達）也包括在分析中；共有16，885個細胞通過了質量控制，包括3，429個A-EPCs，4，965個T-EPCs，4，624個EDMCs，和3，867個MDSCs。為了研究EDMCs的臨床相關性，開發了一個簽名基因集作為識別器，從大量RNA-seq資料中解構EDMCs，將CD45+CD235a+CD71+的細胞從一個MPE患者中分選出來並進行scRNA-seq，共有7284個細胞通過了過濾標準，每個細胞平均檢測到2937個基因。為了驗證EDMCs可能影響ICI療法的療效推斷，調查了EDMC的浸潤是否與免疫抑制性TME有關；利用6個佇列中具有代表性的免疫抑制標誌物，建立了TME的免疫抑制評估演算法，這些佇列接受了ICI作為單藥治療或與化療藥物聯合治療，根據從治療前腫瘤組織RNA- seq資料計算出的每個佇列特異性EDMC得分的中值，將患者分為兩組，對於EDMC得分高的組，有較高比例的患者被確定為具有免疫抑制的腫瘤特徵。為了確認貧血是否是阻礙ICI療效的風險因素，回顧性地分析了143名接受抗PD-1/PD-L1治療的晚期NSCLC患者的佇列，並進行了3年以上的隨訪。

結果：在單細胞水平上獲得的結果表明，與急性貧血引發的髓外造血不同，腫瘤會遠端阻斷CD45+EPCs的預設紅細胞分化途徑。這種阻斷導致脾臟中具有轉換髓系潛能的多能祖細胞的積累，這些細胞在遷移到腫瘤後最終分化為真正的MDSC樣髓系細胞。

整個研究表明了已形成的腫瘤，其功能類似於淋巴器官，可以從根本上操縱血液拓撲結構和免疫反應，從而限制了ICI療法的有效性。基於這項研究和研究者之前的發現，研究者提出了一個模型，描述了腫瘤如何透過至少兩個相互關聯的程式遠端利用脾臟和BM中的EPCs：首先，透過阻斷對紅細胞的預設差異化途徑；其次，透過去分化這些線粒體紅細胞前體回到一個特殊的、多潛能的祖細胞階段，這些類似祖細胞的細胞偏向於向骨髓系轉分化。這個過程創造了一個前饋機制，即持續的貧血反覆觸發髓外紅細胞生成，但腫瘤劫持的髓外紅細胞生成從未補充所需的紅細胞，最終導致了EDMCs的持續產生和對免疫監視的系統性過度。

研究結論

研究發現癌症患者和攜帶已形成的腫瘤的小鼠含有許多骨髓細胞，它們表達的表面標記和基因特徵表明是紅細胞系。基於細胞轉移的體內系追蹤和體外scRNA-seq分析顯示，腫瘤誘導的紅細胞祖細胞最終分化為髓系細胞，發揮強大的免疫抑制功能。透過這些研究結果，研究者開發了一個資訊性的轉錄組圖譜，指定了這個紅細胞轉化的群體，它的存在可以預測免疫增強和對ICI療法的不良反應。該研究提供了一種全新的免疫檢查點抑制劑（ICI）耐藥機制，也為患者的篩選提供了有價值的預測標誌物。