膀胱癌中FGFR3改变刺激丝氨酸合成,诱导免疫惰性巨噬细胞抑制T细胞募集和活化

FGFR3 Alterations in Bladder Cancer Stimulate Serine Synthesis to Induce Immune-Inert Macrophages That Suppress T-cell Recruitment and Activation

作者信息Yi Ouyang, Ziwei Ou, Wenlong Zhong, Jin Yang, Sha Fu, Nengtai Ouyang, Junyu Chen, Longhao Xu, Daqin Wu, Junan Qian, Yi Lin, Tianxin Lin, Jian Huang
PMID37768887
发布时间2023-12-15
DOI10.1158/0008-5472.CAN-23-1065

实验完整度

研究包含体外细胞实验(BMDM、THP-1)、小鼠体内模型(同系、裸鼠、人源化)、临床样本验证及scRNA-seq等多层级证据,并进行功能验证和机制探索。

主要模型

MB49小鼠膀胱癌细胞系(WT/mFgfr3) T24人膀胱癌细胞系(WT/mFGFR3) BMDM(骨髓来源巨噬细胞) C57BL/6小鼠皮下移植瘤模型 huPBMC-NOG-dKO人源化小鼠

重点核对

细胞模型:MB49 WT/mFgfr3、T24 WT/mFGFR3 巨噬细胞类型:BMDM(C57BL/6来源)或THP-1 处理物:肿瘤细胞条件培养基、丝氨酸(2 mmol/L)、duvelisib(20 μmol/L)、L-苯甘氨酸(50 μmol/L) 动物模型:C57BL/6小鼠MB49皮下移植瘤(5×10^5细胞)、人源化小鼠T24(5×10^6细胞) 给药方案:duvelisib(2 mg/kg口服)、erdafitinib(25 mg/kg口服)

摘要

FGFR3改变在膀胱癌患者中常见。尽管FGFR酪氨酸激酶抑制剂erdafitinib已被批准用于FGFR3改变(aFGFR3)膀胱癌患者的靶向治疗,但缓解率仍不理想,促使开发改善治疗反应的策略。在此,我们在人类aFGFR3膀胱癌中观察到免疫沙漠肿瘤微环境(TME)表型,并证明突变型FGFR3在小鼠膀胱癌模型中间接诱导“冷”TME。单细胞RNA测序揭示了巨噬细胞在诱导aFGFR3肿瘤冷TME中的核心作用。aFGFR3肿瘤中的巨噬细胞表现出T细胞募集和抗原呈递能力降低。突变型FGFR3诱导的膀胱癌细胞丝氨酸合成增加激活了巨噬细胞中的PI3K/Akt通路,使其转变为免疫惰性表型。用duvelisib靶向aFGFR3肿瘤中的PI3K通过逆转巨噬细胞表型取得了有前景的疗效,duvelisib和erdafitinib联合治疗显示出增强的抗肿瘤活性。总的来说,这些发现揭示了突变型FGFR3癌细胞增强的丝氨酸合成外流在将巨噬细胞转变为免疫惰性表型中的关键作用。逆转巨噬细胞表型有望增强erdafitinib的疗效。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
FGFR3改变的膀胱癌如何塑造免疫抑制性肿瘤微环境?
核心机制
mFGFR3膀胱癌细胞通过MAPK通路上调PSAT1,增加丝氨酸合成与分泌;丝氨酸进入巨噬细胞后通过增强甲基化激活PI3K/Akt通路,使巨噬细胞转变为免疫惰性表型(CD206高、MHC和CXCL9低),抑制CD8+ T细胞募集和活化。
主要证据
scRNA-seq显示mFgfr3肿瘤中巨噬细胞CXCL信号减少和MHC表达降低;体外实验证实丝氨酸补充可模拟突变细胞上清效果,而L-苯甘氨酸阻断丝氨酸转运可逆转;duvelisib抑制PI3K可逆转巨噬细胞表型并增强肿瘤免疫。
研究意义
研究揭示了FGFR3改变与免疫抑制微环境之间的机制联系,并提出通过PI3K抑制剂逆转巨噬细胞表型来增强erdafitinib疗效的治疗策略。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

临床与数据库分析

评估aFGFR3膀胱癌的肿瘤免疫微环境特征

利用IMvigor210和TCGA-BLCA数据集分析CD8+ T细胞浸润、免疫表型(inflamed/excluded/desert),并在SYSMH队列中进行IHC验证。

2

构建mFgfr3细胞系及体内验证

验证mFgfr3对肿瘤生长和免疫浸润的影响

在MB49和T24细胞中通过慢病毒转染表达突变型FGFR3(S249C/S243C),皮下接种于免疫缺陷(裸鼠)和免疫健全(C57BL/6)小鼠,监测肿瘤生长并分析免疫细胞浸润。

3

scRNA-seq及巨噬细胞亚群分析

解析mFgfr3肿瘤中免疫抑制的细胞基础

对WT和mFgfr3 MB49肿瘤进行scRNA-seq,鉴定细胞类型,并聚焦巨噬细胞亚群,分析其趋化因子和MHC表达;使用CellChat分析细胞间通讯。

4

体外巨噬细胞极化实验

验证mFgfr3癌细胞通过分泌因子改变巨噬细胞表型

用WT/mFgfr3癌细胞培养基刺激BMDM或THP-1,检测CD206、MHC-II、CXCL9表达,并评估抗原呈递和趋化功能。

5

丝氨酸代谢机制研究

揭示突变型FGFR3诱导巨噬细胞免疫惰性的代谢机制

通过GSEA和DEG分析发现PSAT1上调;检测癌细胞和巨噬细胞中丝氨酸浓度;补充丝氨酸或使用L-苯甘氨酸阻断丝氨酸转运,观察巨噬细胞表型变化;Western blot检测MAPK通路。

6

PI3K/Akt通路验证及duvelisib治疗

验证PI3K/Akt通路在巨噬细胞表型转换中的作用,并评估PI3K抑制剂的体内疗效

检测巨噬细胞pAKT水平;体外用duvelisib处理验证逆转效果;在MB49同系小鼠和人源化小鼠中评估duvelisib单药及与erdafitinib联合的抗肿瘤效果。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
RPMI-1640培养基Gibco--
胎牛血清Gibco--
青霉素/链霉素Gibco--
DMEM培养基Gibco--
巨噬细胞集落刺激因子Sino Biological51112-MNAH
丝氨酸BiosharpBS932
S-腺苷甲硫氨酸Sigma-AldrichA7007
杜韦利西布APExBIOA1720
L-苯甘氨酸Sigma-Aldrich2935-35-5
脂多糖BiosharpBS904
白细胞介素-4Peprotech214-14-20
Transwell小室Corning3421-48EA
卵清蛋白Solarbio9006-59-1
PE抗小鼠H-2Kb SIINFEKL抗体Thermo Fisher Scientific12-5743-81
RIPA裂解液CWBioCW2333S
蛋白酶抑制剂CWBioCW2200S
磷酸酶抑制剂CWBioCW2383S
BCA蛋白定量试剂盒CWBioCW0014S
PVDF膜Merck MilliporeIPVH00010
抗pERK1/2抗体Cell Signaling Technology4370
抗pERK5抗体Cell Signaling Technology3371
抗PSAT1抗体Proteintech10501-1-AP
抗α-微管蛋白抗体Proteintech66031-1-Ig
HRP标记二抗ServicebioGB23303
化学发光底物Merck MilliporeWBKLS0500
小鼠Fc受体阻断液BioLegend101320
BV510抗F4/80抗体BioLegend123135
PE-Cy7抗CD11b抗体BioLegend101215
BV605抗IA/IE抗体BioLegend107639
FIX & PERM细胞透化试剂盒Thermo Fisher ScientificGAS003
PE抗CXCL9抗体BioLegend515603
PE抗pAKT1抗体Thermo Fisher Scientific12-9715-41
AF647抗CD206抗体BioLegend141711
人Fc受体阻断液BioLegend422302
PE抗HLA-DR抗体BioLegend307605
BV421抗人CD206抗体BD Biosciences566281
PE抗人CXCL9抗体BD Biosciences566013
CytoFLEX流式细胞仪Beckman Coulter--
抗CD206抗体Cell Signaling Technology24595
抗CD8抗体Thermo Fisher ScientificMA5-14548
抗CXCL9抗体R&D SystemsAF-492-NA
PANO 5重免疫组化试剂盒PANOVUE10080100100
抗F4/80抗体Cell Signaling Technology70076
抗CD8抗体(小鼠)Cell Signaling Technology98941
抗颗粒酶B抗体Cell Signaling Technology46890
PE抗IA/IE抗体(小鼠)BioLegend107607
抗CD68抗体Zhongshan Golden BridgeZM-0464
抗HLA-DR抗体Zhongshan Golden BridgeZM-0136
抗人CXCL9抗体Abcamab202961
二抗VectorMP-7451,
Vectra Polaris自动定量病理成像系统PerkinElmer--
对照脂质体FormuMaxF70101-N
厄达替尼MCEJNJ-42756493
杜韦利西布APExBIOA1720
Brilliant Violet 650抗CD8α抗体BioLegend100741
PE抗CD3抗体BioLegend100206
PE/Cyanine7抗CD4抗体BioLegend100421
Alexa Fluor 647抗颗粒酶B抗体BioLegend515406
Brilliant Violet 510抗F4/80抗体BioLegend123135
PE/Cyanine7抗CD11b抗体BioLegend101215
Brilliant Violet 421抗CD45抗体BioLegend103134
胶原酶IServicebioGC305013
胶原酶IIServicebioGC305014
胶原酶IVServicebioGC305015
脱氧核糖核酸酶Servicebio1121MG010
支原体检测试剂盒InvivoGenrep-mys-20
嘌呤霉素MP0219453925
RNA快速纯化试剂盒EZBioscience--
HieffTM qPCR SYBR Green预混液Yeasen Biotechnology--
LightCycler 480实时荧光定量PCR仪Roche--
DL-丝氨酸检测试剂盒Sigma-AldrichMAK352

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
细胞系构建
细胞系(T24、MB49)、突变(S249C/S243C)、转染方法(慢病毒)、筛选(嘌呤霉素)
阅读提示:Materials and Methods: Cells, Lentivirus generation and gene transfer
巨噬细胞分化与刺激
BMDM来源、分化时间(6天)、M-CSF浓度(40 ng/mL)、刺激时间(48小时)、处理物及浓度(丝氨酸2 mmol/L、duvelisib 20 μmol/L等)
阅读提示:Materials and Methods: Preparation and culture of bone marrow-derived macrophages, Macrophages stimulation assay
免疫表型检测
用于评估巨噬细胞表型的标志物(CD206、MHC-II、CXCL9)
阅读提示:Materials and Methods: Flow cytometry of in vitro experiments
动物模型
小鼠品系、细胞接种量、给药剂量(duvelisib 2 mg/kg,erdafitinib 25 mg/kg)、给药方式(口服)、时间(第10天起每日)
阅读提示:Materials and Methods: Animal experiments
体内免疫分析
肿瘤消化方案(胶原酶I/II/IV、DNase)、抗体组合、流式染色方案
阅读提示:Materials and Methods: Flow cytometry for animal experiments