缺氧抑制人食管癌肿瘤微环境中的 iMo/cDC2/CD8+ TRMs 免疫轴

Hypoxia inhibits the iMo/cDC2/CD8+ TRMs immune axis in the tumor microenvironment of human esophageal cancer

作者信息Chuanqiang Wu, Huan Yu, Fuxiang Liang, Xiancong Huang, Bin Jiang, Zhiling Lou, Yafei Liu, Zixiang Wu, Qi Wang, Hong Shen, Ming Chen, Pin Wu, Ming Wu
PMID38964786
发布时间2024-07
DOI10.1136/jitc-2024-008889

实验完整度

包含CyTOF、scRNA-seq、多色免疫荧光、流式细胞术、体外共培养、分化诱导、凋亡实验及CD103条件敲除小鼠体内肿瘤模型,涵盖多层次功能与机制验证。

主要模型

人食管癌肿瘤及癌旁组织样本 C57小鼠皮下AKR食管癌细胞移植瘤模型 CD8+ T细胞特异性CD103条件敲除小鼠

重点核对

CD8+ TRMs定义为CD45+CD3+CD8a+CD69+CD103+ 缺氧处理使用100 μM氯化钴处理48小时 共培养比例为cDC2s与CD8+ TRMs 1:5,培养48小时 CD103敲除小鼠模型:他莫昔芬注射剂量2 mg/25g,隔日一次 AKR细胞接种剂量为每只小鼠5×10^5

摘要

背景 食管癌(ESCA)是一种与慢性炎症和免疫失调相关的恶性肿瘤。然而,该疾病的具体免疫状态和免疫调节的关键机制仍需进一步探索。 方法 为了研究人ESCA肿瘤免疫微环境的特征及其可能的调控机制,我们对未经治疗患者的肿瘤组织和癌旁组织进行了飞行时间质谱流式细胞术、单细胞RNA测序、组织多色荧光染色和流式细胞术分析。 结果 我们描绘了ESCA的免疫景观,并揭示了CD8+组织驻留记忆T细胞(CD8+ TRMs)与疾病进展密切相关。我们还揭示了ESCA肿瘤微环境(TME)中CD8+ TRMs的异质性,这与它们的分化和功能相关。此外,肿瘤中高表达颗粒酶B和免疫检查点的CD8+ TRMs亚群(称为tTRMs)在晚期ESCA的TME中显著减少。我们表明tTRMs是TME中预激活的肿瘤效应细胞。然后我们证明,由中间单核细胞(iMos)衍生的 Conventional dendritic cells (cDC2s) 对于维持TME中CD8+ TRMs的增殖至关重要。我们的初步研究表明,缺氧可促进iMos凋亡并阻碍cDC2s成熟,从而降低CD8+ TRMs的增殖能力,进而促进癌症进展。 结论 我们的研究揭示了CD8+ TRMs的关键抗肿瘤作用,并初步探讨了人ESCA TME中iMo/cDC2/CD8+ TRM免疫轴的调控。

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
人食管癌肿瘤微环境中CD8+组织驻留记忆T细胞的免疫特征及调控机制是什么?
核心机制
缺氧通过促进iMos凋亡、抑制cDC2s成熟,进而减少cDC2s对CD8+ TRMs增殖的促进作用,损害iMo/cDC2/CD8+ TRMs免疫轴,从而促进食管癌进展。
主要证据
CyTOF和scRNA-seq显示tTRMs是主要抗肿瘤亚群;体外共培养证明cDC2s促进CD8+ TRMs增殖;iMos在GM-CSF和IL-4作用下可分化为cDC2s;缺氧条件下CD80+ cDC2s减少、iMos凋亡增加,且CD103敲除小鼠中CD8+ TRMs缺失加速肿瘤生长。
研究意义
研究为理解食管癌免疫微环境提供理论基础,可能有助于制定针对该免疫轴的免疫治疗策略,为开发新的治疗方法提供依据。

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

描绘ESCA免疫图谱

全面表征人食管癌肿瘤与癌旁组织的免疫细胞组成和差异。

收集20例未治疗ESCA患者的肿瘤和癌旁组织,制备单细胞悬液,进行CyTOF染色和数据采集,通过PhenoGraph聚类和t-SNE降维分析鉴定免疫细胞亚群。

2

鉴定与预后相关的CD8+ TRMs亚群

确定CD8+ TRMs中与疾病进展及预后相关的具体亚群。

基于CyTOF数据,对CD8+ T细胞进行亚聚类,鉴定出5个CD8+ TRMs亚群(nTRMs、tTRMs、pTRMs、dTRMs、iTRMs),通过多色免疫荧光染色和在77例TMA样本中验证其与TNM分期和总生存期的相关性,并通过CD103条件敲除小鼠模型验证其抗肿瘤作用。

3

揭示CD8+ TRMs的转录组和TCR特征

从转录水平和TCR克隆型角度进一步揭示CD8+ TRMs亚群的异质性和发育关系。

对来自GSE160269的scRNA-seq数据进行分析,提取CD8+ TRMs(CD69+ITGAE+ITGA1+)进行聚类,通过Monocle2进行拟时序分析,SCENIC分析调控转录因子,并分析TCR克隆型。

4

鉴定髓系细胞组成及iMo/cDC2/CD8+ TRMs轴

明确髓系细胞亚群的组成,并研究cDC2s对CD8+ TRMs的调控作用及iMos向cDC2s的分化潜力。

通过CyTOF和scRNA-seq分析髓系细胞亚群,通过免疫荧光验证cDC2与CD8+ TRMs的相互作用,通过流式分选共培养实验检测cDC2s对CD8+ TRMs增殖的影响,通过细胞因子诱导实验验证iMos向cDC2s的分化。

5

验证缺氧对免疫轴的影响

探究缺氧环境对iMo/cDC2/CD8+ TRMs免疫轴的影响及其对食管癌进展的促进作用。

对肿瘤单细胞悬液进行氯化钴模拟缺氧处理,流式检测CD80+ cDC2s频率;对iMos进行缺氧处理检测凋亡和巨噬细胞分化;对肿瘤单细胞悬液进行缺氧处理检测cDC2s分化。

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
组织保存液Miltenyi Biotec130-100-008
RPMI 1640培养基Gibco11875093
I型胶原酶SolarbioC8140
IV型胶原酶SolarbioC8160
青霉素-链霉素ProcellPB180120
胎牛血清Procell164210-50
GentleMACS系统Miltenyi Biotec130-096-427
磷酸盐缓冲液ProcellPB180327
顺铂Solarbio--
转录因子缓冲液BD Biosciences--
铈140、铕151、铕153、钬165、镥175Fluidigm--
免疫荧光封闭缓冲液Cell Signaling Technology12411
抗CD3抗体BiolynxBX50022-C3
抗CD8抗体BiolynxBX50036-C3
抗CD103抗体Abcamab129202
抗CD11C抗体Newmarket ScientificGB11059
抗CD1C抗体Abcamab246520
4',6-二脒基-2-苯基吲哚----
牛血清白蛋白----
LSRII Fortessa流式细胞仪BD Biosciences--
MoFlo Astrios EQs分选仪BECKMAN--
重组人白介素-4----
重组人粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子----
重组人转化生长因子-βAbcamab50036
重组人白介素-2Abcamab269149
Annexin V-FITC/PI凋亡检测试剂盒LinkBioAT101
抗IL-4抗体Biossbs-0581R
抗GM-CSF抗体Biossbs-3790R
他莫昔芬Sigma-AldrichT2859
玉米油----
AKR细胞----

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
CyTOF分析
样本消化酶浓度(1 mg/mL胶原酶I和IV)、染色时间(表面30min,胞内60min)、细胞数量(每样本3×10^6)
阅读提示:Methods - CyTOF sample preparation
scRNA-seq分析
数据来源GSE160269,质控标准(<400基因/细胞,>10%线粒体基因去除)
阅读提示:Methods - Preprocessing of single-cell RNA-sequencing data
共培养实验
cDC2s与CD8+ TRMs比例1:5,培养时间48小时
阅读提示:Methods - Co-culture, hypoxic culture and induction differentiation experiments
缺氧实验
氯化钴浓度100 μM,处理时间48小时
阅读提示:Methods - Co-culture, hypoxic culture and induction differentiation experiments
分化诱导实验
iMos分化:GM-CSF 20 ng/mL和IL-4 10 ng/mL处理2天;dTRMs分化:TGF-β 20 ng/mL处理72小时;pTRMs分化:IL-2 100 ng/mL处理72小时
阅读提示:Methods - Co-culture, hypoxic culture and induction differentiation experiments
动物实验
小鼠模型:CD8creTg/Tg; ITGAEfl/fl和CD8creTg/Tg; ITGAE△/△;他莫昔芬剂量2 mg/25g体重,隔日一次;AKR细胞接种量5×10^5/只
阅读提示:Methods - Animal studies