致癌物暴露通过阻止免疫抑制性肿瘤微环境的形成增强癌症免疫原性

Carcinogen exposure enhances cancer immunogenicity by blocking the development of an immunosuppressive tumor microenvironment

作者信息Mei Huang, Yun Xia, Kaiwen Li, Feng Shao, Zhaoyi Feng, Tiancheng Li, Marjan Azin, Shadmehr Demehri
PMID37843274
发布时间2023-10-16
DOI10.1172/JCI166494

实验完整度

包含体外细胞系处理与克隆筛选、体内同系小鼠成瘤与T细胞排斥实验、TAM流式与转录组分析、人肺癌单细胞测序分析等多个独立证据层级,并进行功能验证(抗体阻断)与机制验证(M-CSF/CD155)

主要模型

MMTV-PyMt乳腺癌细胞系及其DMBA/DMSO处理克隆 4T1乳腺癌细胞系 Lewis肺癌细胞系 MMTV-PyMttg自发性乳腺癌小鼠模型 人非小细胞肺癌scRNA-Seq数据

重点核对

DMBA3-4克隆是否缺乏错义突变(新抗原) CD8+ T细胞耗竭是否恢复DMBA3-4肿瘤生长 M-CSF表达水平是否降低 CD155表达是否降低 抗CSF1R和抗TIGIT联合治疗是否导致混合肿瘤排斥

摘要

致癌物暴露与癌症免疫原性增强密切相关。肿瘤突变负荷增加及由此产生的新抗原生成被认为将致癌物暴露与癌症免疫原性联系起来。然而,致癌物暴露对癌症的独立于新抗原的免疫学影响尚不清楚。在此,我们证明化学致癌物暴露的癌细胞无法建立免疫抑制性肿瘤微环境(TME),导致其在体内被T细胞介导的排斥。一个经化学致癌物处理的乳腺癌细胞克隆,其缺乏任何额外编码区突变(即新抗原),在小鼠中以T细胞依赖性方式被排斥。引人注目的是,致癌物处理和对照处理的癌细胞共注射阻止了这种排斥,表明免疫抑制性TME的缺失是排斥的主要原因。致癌物处理的癌细胞M-CSF表达减少显著抑制了肿瘤相关巨噬细胞(TAMs),并导致免疫抑制性TME的丧失。对人类肺癌的单细胞分析显示,与从未吸烟者相比,曾吸烟者的免疫抑制性TAMs显著减少。这些发现表明,致癌物暴露损害了免疫抑制性TME的发展,并提示了致癌物与癌症免疫原性之间的新联系。

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
致癌物暴露如何独立于新抗原增强癌症免疫原性?
核心机制
致癌物暴露下调癌细胞M-CSF和CD155表达,抑制肿瘤相关巨噬细胞(TAMs)的免疫抑制功能,从而破坏免疫抑制性肿瘤微环境的形成,增强T细胞介导的抗肿瘤免疫。
主要证据
DMBA3-4细胞(无错义突变)在WT小鼠中被T细胞排斥,但在Rag1KO或CD8+ T细胞耗竭小鼠中形成肿瘤;共注射DMSO3-1细胞可阻止排斥;DMBA3-4肿瘤中TAMs减少且呈抗肿瘤表型;抗CSF1R和抗TIGIT联合治疗可导致混合肿瘤排斥。
研究意义
该研究揭示致癌物暴露通过TAM调节增强癌症免疫原性的新机制,并提示靶向M-CSF/CSF1R和TIGIT可作为一种提高冷肿瘤免疫治疗疗效的潜在策略。

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

致癌物处理癌细胞克隆的建立

评估化学致癌物(DMBA、BaP)处理对乳腺癌细胞系免疫原性的影响

用DMBA或BaP处理PyMt、4T1和LLC细胞,经单细胞分选获得克隆,并与DMSO对照比较。

2

体内成瘤与免疫排斥实验

验证致癌物处理的癌细胞是否在免疫健全小鼠中被排斥

将DMBA3-4和DMSO3-1细胞皮下注射至WT小鼠和Rag1KO小鼠,监测肿瘤生长;使用CD4/CD8耗竭抗体验证T细胞依赖性。

3

新抗原依赖性排除实验

验证免疫排斥是否不依赖于新抗原

对DMBA3-4和BaP-4细胞进行全外显子测序,分析突变;用DMBA3-4免疫小鼠后,再接种DMSO3-1、黑色素瘤和黑色素瘤-MT细胞,观察排斥情况。

4

共注射实验

确定免疫排斥是否由于缺乏免疫抑制性肿瘤微环境

将DMBA3-4和DMSO3-1细胞同时或混合注射至WT小鼠,观察DMBA3-4肿瘤是否因DMSO3-1存在而生长。

5

肿瘤微环境免疫细胞分析

鉴定DMBA3-4肿瘤中免疫抑制性细胞类型的变化

对Rag1KO小鼠中形成的DMBA3-4和DMSO3-1肿瘤进行流式细胞术、免疫荧光和RNA-Seq分析,比较TAMs的丰度和表型。

6

分泌组和表面配体分析

寻找致癌物处理的癌细胞影响巨噬细胞的分子机制

使用细胞因子芯片和ELISA比较DMBA3-4和DMSO3-1的分泌组,通过流式检测抑制性配体(CD155等)。

7

功能验证

验证M-CSF和CD155下调在免疫逃避中的功能作用

使用抗CSF1R和抗TIGIT抗体处理混合肿瘤小鼠,观察肿瘤生长。

8

人肺癌scRNA-Seq分析

验证人类癌症中致癌物暴露与TAM重编程的相关性

对先前发表的人类NSCLC scRNA-Seq数据进行分析,将巨噬细胞分为致癌物诱导的TAM和经典TAM,比较吸烟史与TAM分布。

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
苯并[a]芘Sigma-AldrichB1760
二甲基亚砜----
SH800Sony--
CellTiter 96非放射性细胞增殖检测试剂盒PromegaPAG4000
抗小鼠CD4抗体Bio X CellBE0003
抗小鼠CD8β抗体Bio X CellBE0223
白喉毒素Sigma-AldrichD0564
抗NK1.1抗体Bio X CellBE0036
TCL缓冲液Qiagen1031576
β-巯基乙醇Thermo Fisher Scientific21985-023
DNeasy血液和组织试剂盒Qiagen69504
Alexa Fluor 647标记的山羊抗大鼠IgGThermo Fisher ScientificA21247
Alexa Fluor 488标记的山羊抗兔IgGThermo Fisher ScientificA11034
Alexa Fluor 488酪胺信号放大试剂盒Thermo Fisher ScientificB40943
AR6缓冲液Perkin ElmerAR6001KT
DAPI核染色Thermo Fisher ScientificD3571
Prolong GOLD抗淬灭封片剂InvitrogenP36930
AxioScanZeiss--
HALO图像分析平台Indica Labs--
SpeedVac真空浓缩仪Thermo Fisher ScientificSPD1010
小鼠XL细胞因子芯片R&D SystemsARY028
IFN-α ELISA试剂盒Thermo Fisher ScientificBMS6027TWO
IFN-β ELISA试剂盒Biolegend439407
RIPA裂解缓冲液Thermo Fisher Scientific89900
蛋白酶抑制剂Thermo Fisher ScientificA32955
Pierce BCA蛋白定量试剂盒Thermo Fisher Scientific23225
小鼠M-CSF ELISA试剂盒Thermo Fisher ScientificEMCSF1
pLV-mCherry质粒Addgene36084
pCMV Δ R8.2质粒Addgene12263
pMD2.G质粒Addgene12259
pCDH-3xFLAG-GFP-puroR质粒Addgene167463
pMDLg/pRRE质粒Addgene12251
pRSV-Rev质粒Addgene12253
荧光素酶检测系统PromegaG7941
Synergy Neo2发光酶标仪Biotek--
iTaq通用SYBR Green超混液Bio-Rad1725121
ABI 7500 PCR系统Thermo Fisher Scientific--
IV型胶原酶Worthington BiochemicalLS004189
脱氧核糖核酸酶INew England BiolabsM0303S
CD45微磁珠Miltenyi Biotec130-052-301
True-Nuclear转录因子缓冲液套装Biolegend424401
LSR Fortessa X-20流式细胞仪BD Bioscience--
小鼠重组M-CSFBiolegend576406
Transwell板Corning3421
抗小鼠CSF1R抗体Bio X CellBE0213
IgG对照抗体Bio X CellBE0289
计数微球Thermo Fisher ScientificC36950
橄榄油----

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
细胞系生成
处理浓度和处理时间;克隆筛选标准
阅读提示:Methods: Cell lines
体内成瘤实验
细胞注射数量和部位;小鼠品系和年龄
阅读提示:Methods: In vivo tumor engraftment
T细胞耗竭
抗体名称、剂量和给药时间
阅读提示:Methods: In vivo tumor engraftment
巨噬细胞分析
肿瘤消化和流式染色的具体步骤;抗体克隆号
阅读提示:Methods: Flow cytometry
M-CSF检测
细胞裂解液的制备和ELISA步骤
阅读提示:Methods: Protein analysis
免疫治疗组合
anti-CSF1R和anti-TIGIT抗体的剂量和给药方案
阅读提示:Results: Carcinogen exposure downregulates M-CSF and CD155 expression by cancer cells
人scRNA-Seq分析
数据集版本和预处理参数
阅读提示:Methods: Macrophage and cancer cell analysis from lung cancer scRNA-Seq data