Cancer cell｜揭示肿瘤诱导的红细胞前体介导免疫抑制的机制_风闻

免疫检查点抑制剂（ICI）针对共抑制分子，如程序性细胞死亡蛋白-1（PD-1）、PD-1配体-1（PD-L1）和细胞毒性T淋巴细胞相关抗基因4（CTLA-4），已经改变了各种癌症的治疗局面。然而，即使使用包括PD-L1表达在内的多种生物标志物，也只有一部分患者出现了持久的临床反应。

髓系细胞构成了肿瘤微环境（TME）基质细胞的主要部分：在已确定的实体瘤中，这些细胞可占到肿瘤总质量的约50%。越来越多的证据表明，肿瘤细胞招募和 “教育 “骨髓细胞，包括骨髓源性抑制细胞（MDSCs）、神经营养细胞和巨噬细胞，以促进肿瘤进展的许多方面并诱导免疫抑制以逃避监控。鉴于它们的丰富性和强大的T细胞抑制能力，肿瘤相关的骨髓细胞对ICI治疗的抗肿瘤疗效有较大的影响。因此，对肿瘤相关骨髓细胞的招募和/或免疫抑制的机制进行探索，可以发现新的抗癌疗法的目标。

陆军军医大学朱波老师团队与美国杜克大学李启靖老师等团队合作，在Cancer Cell（IF=31.743）杂志上发表题为“Tumor-Induced Erythroid Precursor-Differentiated Myeloid Cells Mediate Immunosuppression and Curtail Anti-PD-1/PD-L1 Treatment Efficacy”的文章。

在这项研究中，研究团队利用对癌症患者和肿瘤小鼠的系谱追踪，证明红细胞祖细胞失去了它们的发育潜力，并转分化到髓系。单细胞RNA-seq分析显示，尽管红细胞基因表达有数量上的差异，但红细胞分化的髓系细胞（EDMCs）在转录上与髓系起源的对应细胞没有区别。在接受免疫检查点抑制剂（ICI）治疗的各种患者群中，EDMC的富集与贫血患者表现一致，预示着预后不佳。该研究的结果揭示了一种前馈机制，肿瘤利用贫血触发的红细胞生成来实现骨髓的转分化和免疫抑制。

研究思路及方法

方法：该研究通过流式分选纯化了目的细胞群，构建了小鼠贫血模型和肿瘤模型。为了评估肿瘤发生对红细胞发育的整体影响，收集了无骨转移的癌症患者的骨髓（BM）细胞，并纯化了CD235a+红细胞用于scRNA-seq。为了进一步探索CD45+EPCs和EDMCs之间的关系，从LLC-bearing小鼠（第21天）分离出脾脏T-EPCs和瘤内EDMCs，并进行scRNA-seq分析；作为参考，来自急性贫血小鼠的脾脏EPCs（不指定CD45的表达，A-EPCs），以及整个瘤内MDSCs（不指定Ter119或CD71的表达）也包括在分析中；共有16,885个细胞通过了质量控制，包括3,429个A-EPCs，4,965个T-EPCs，4,624个EDMCs，和3,867个MDSCs。为了研究EDMCs的临床相关性，开发了一个签名基因集作为识别器，从大量RNA-seq数据中解构EDMCs，将CD45+CD235a+CD71+的细胞从一个MPE患者中分选出来并进行scRNA-seq，共有7284个细胞通过了过滤标准，每个细胞平均检测到2937个基因。为了验证EDMCs可能影响ICI疗法的疗效推断，调查了EDMC的浸润是否与免疫抑制性TME有关；利用6个队列中具有代表性的免疫抑制标志物，建立了TME的免疫抑制评估算法，这些队列接受了ICI作为单药治疗或与化疗药物联合治疗，根据从治疗前肿瘤组织RNA- seq数据计算出的每个队列特异性EDMC得分的中值，将患者分为两组，对于EDMC得分高的组，有较高比例的患者被确定为具有免疫抑制的肿瘤特征。为了确认贫血是否是阻碍ICI疗效的风险因素，回顾性地分析了143名接受抗PD-1/PD-L1治疗的晚期NSCLC患者的队列，并进行了3年以上的随访。

结果：在单细胞水平上获得的结果表明，与急性贫血引发的髓外造血不同，肿瘤会远程阻断CD45+EPCs的默认红细胞分化途径。这种阻断导致脾脏中具有转换髓系潜能的多能祖细胞的积累，这些细胞在迁移到肿瘤后最终分化为真正的MDSC样髓系细胞。

整个研究表明了已形成的肿瘤，其功能类似于淋巴器官，可以从根本上操纵血液拓扑结构和免疫反应，从而限制了ICI疗法的有效性。基于这项研究和研究者之前的发现，研究者提出了一个模型，描述了肿瘤如何通过至少两个相互关联的程序远程利用脾脏和BM中的EPCs：首先，通过阻断对红细胞的默认差异化途径；其次，通过去分化这些线粒体红细胞前体回到一个特殊的、多潜能的祖细胞阶段，这些类似祖细胞的细胞偏向于向骨髓系转分化。这个过程创造了一个前馈机制，即持续的贫血反复触发髓外红细胞生成，但肿瘤劫持的髓外红细胞生成从未补充所需的红细胞，最终导致了EDMCs的持续产生和对免疫监视的系统性过度。

研究结论

研究发现癌症患者和携带已形成的肿瘤的小鼠含有许多骨髓细胞，它们表达的表面标记和基因特征表明是红细胞系。基于细胞转移的体内系追踪和体外scRNA-seq分析显示，肿瘤诱导的红细胞祖细胞最终分化为髓系细胞，发挥强大的免疫抑制功能。通过这些研究结果，研究者开发了一个信息性的转录组图谱，指定了这个红细胞转化的群体，它的存在可以预测免疫增强和对ICI疗法的不良反应。该研究提供了一种全新的免疫检查点抑制剂（ICI）耐药机制，也为患者的筛选提供了有价值的预测标志物。来源于：吉凯基因