伤害感受器神经元影响癌症免疫监视

Nociceptor neurons affect cancer immunosurveillance

作者信息Mohammad Balood, Maryam Ahmadi, Tuany Eichwald, Ali Ahmadi, Abdelilah Majdoubi, Karine Roversi, Katiane Roversi, Christopher T Lucido, Anthony C Restaino, Siyi Huang, Lexiang Ji, Kai-Chih Huang, Elise Semerena, Sini C Thomas, Alexandro E Trevino, Hannah Merrison, Alexandre Parrin, Benjamin Doyle, Daniel W Vermeer, William C Spanos, Caitlin S Williamson, Corey R Seehus, Simmie L Foster, Hongyue Dai, Chengyi J Shu, Manu Rangachari, Jacques Thibodeau, Sonia V Del Rincon, Ronny Drapkin, Moutih Rafei, Nader Ghasemlou, Paola D Vermeer, Clifford J Woolf, Sebastien Talbot
PMID36323780
期刊Nature
发布时间2022-11
DOI10.1038/s41586-022-05374-w

实验完整度

包括体外共培养、转基因小鼠模型(TRPV1谱系消融)、药理学干预(QX-314, BoNT/A, BIBN4096)、体内肿瘤模型(B16F10, YUMMER1.7)、患者样本分析等,涵盖功能验证和机制研究。

主要模型

B16F10黑色素瘤荷瘤小鼠模型 Trpv1cre::DTAfl/WT(伤害感受器消融)小鼠 DRG神经元与B16F10细胞共培养体系 黑色素瘤患者肿瘤活检样本

重点核对

TRPV1或NaV1.8谱系消融(Trpv1cre::DTAfl/WT或Nav1.8cre::DTAfl/WT) CGRP-RAMP1轴阻断剂BIBN4096(5 mg/kg,i.p.,隔日一次) 伤害感受器沉默剂QX-314(0.3%,瘤周注射) 肿瘤细胞接种剂量(B16F10,5×10^5细胞,i.d.) CD8+ T细胞耗竭检测指标(PD-1+LAG3+TIM3+)

摘要

实体肿瘤受来自自主和感觉外周神经系统的神经纤维支配。疼痛起始的感觉神经元对肿瘤的新神经支配是否影响癌症免疫监视仍不清楚。在这里,我们展示了黑色素瘤细胞与伤害感受器神经元相互作用,导致其神经突生长增加、对有害配体的反应性增强以及神经肽释放增多。降钙素基因相关肽——一种由伤害感受器产生的神经肽——直接增加细胞毒性CD8+ T细胞的耗竭,从而限制了它们消除黑色素瘤的能力。TRPV1谱系的遗传消融、伤害感受器的局部药理学沉默以及CGRP受体RAMP1的拮抗作用均减少了肿瘤浸润白细胞的耗竭,并减缓了肿瘤生长,使接种B16F10黑色素瘤细胞的小鼠存活率几乎增加了两倍。相反,在感觉神经元耗竭的小鼠中,用局部重组CGRP处理可恢复CD8+ T细胞的耗竭。与野生型CD8+ T细胞相比,当共移植到携带肿瘤的Rag1缺陷小鼠中时,Ramp1−/− CD8+ T细胞免受耗竭的影响。对黑色素瘤患者活检样本的单细胞RNA测序显示,瘤内表达RAMP1的CD8+ T细胞比RAMP1阴性的对应细胞更耗竭,而RAMP1的过表达与较差的临床预后相关。总的来说,我们的结果表明,减少肿瘤支配的伤害感受器释放CGRP可能是通过消除CGRP对细胞毒性CD8+ T细胞的免疫调节作用来改善抗肿瘤免疫的一种策略。

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
疼痛起始的感觉神经元对肿瘤的新神经支配是否影响癌症免疫监视?
核心机制
黑色素瘤分泌SLPI激活伤害感受器,促进其释放CGRP;CGRP通过其受体RAMP1作用于CD8+ T细胞,上调PD-1、LAG3、TIM3等免疫检查点受体,导致CD8+ T细胞耗竭,从而抑制抗肿瘤免疫。
主要证据
体外共培养显示黑色素瘤细胞促进伤害感受器神经突生长和CGRP释放;遗传消融或药理学沉默伤害感受器可降低CD8+ T细胞耗竭并减缓肿瘤生长;患者样本单细胞测序显示RAMP1+ CD8+ T细胞更耗竭,且RAMP1高表达与预后不良相关。
研究意义
揭示肿瘤-神经-免疫互作的新机制,提出阻断CGRP-RAMP1轴或沉默肿瘤支配的伤害感受器可作为改善抗肿瘤免疫的策略,为癌症免疫治疗提供新靶点。

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

黑色素瘤神经支配检测

确认黑色素瘤是否被伤害感受器神经元支配。

对患者黑色素瘤活检样本进行TRPV1免疫组化染色,测量TRPV1+神经元密度;在小鼠模型中用Nav1.8cre::tdTomato报告小鼠接种B16F10-eGFP细胞,观察神经纤维浸润;并用iDISCO成像技术对肿瘤进行全组织免疫标记成像。

2

黑色素瘤与伤害感受器体外共培养

评估黑色素瘤细胞是否调节伤害感受器神经元的功能。

将DRG神经元与B16F10或B16F0细胞共培养,测量钙流反应、神经突生长和神经肽释放;并进行RNA测序分析差异表达基因。

3

鉴定黑色素瘤分泌的SLPI激活伤害感受器

阐明黑色素瘤增强伤害感受器活性的分子机制。

通过三培养体系(DRG神经元、B16F10细胞、CD8+ T细胞)筛选肿瘤衍生的激活因子,发现SLPI在肿瘤细胞中过表达并分泌;验证SLPI直接激活DRG神经元和诱导CGRP释放。

4

伤害感受器消融对肿瘤生长和免疫的影响

验证伤害感受器在体内对肿瘤生长和CD8+ T细胞耗竭的作用。

使用Trpv1cre::DTAfl/WT小鼠(伤害感受器消融)接种B16F10-mCherry-OVA肿瘤,监测肿瘤生长、生存率、瘤内CD8+ T细胞耗竭和细胞因子产生;使用RTX化学消融伤害感受器进行验证。

5

药理学沉默伤害感受器验证抗肿瘤效应

评估通过局部或全身沉默伤害感受器是否可减缓肿瘤生长。

使用BoNT/A或QX-314预处理或治疗性给药于B16F10荷瘤小鼠,评估肿瘤生长、瘤内CD8+ T细胞耗竭和存活率;并测试与抗PD-L1联合治疗的效应。

6

验证CGRP-RAMP1轴在CD8+ T细胞耗竭中的作用

证明CGRP通过RAMP1直接促进CD8+ T细胞耗竭,并介导伤害感受器对肿瘤生长的影响。

体外用CGRP刺激Tc1 CD8+ T细胞,检测耗竭标志物和细胞因子;用CGRP受体拮抗剂BIBN4096处理荷瘤小鼠;使用Ramp1−/− CD8+ T细胞过继转移至Rag1−/−小鼠,评估肿瘤生长和耗竭;并在患者样本中分析RAMP1表达与T细胞耗竭的相关性。

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
抗TRPV1抗体Alomone LabsACC-030
BenchMark XT切片染色系统Ventana Medical Systems--
奥林巴斯BX51明场显微镜Olympus--
高糖DMEM培养基Corning10-013-CV
胎牛血清Seradigm3100
青霉素-链霉素CorningMT-3001-Cl
DMEM F12培养基Gibco11320033
MEM非必需氨基酸Corning25-025CI
肉毒杆菌神经毒素AList Biological Labs130B
QX-314Tocris2313
BIBN4096Tocris4561
树脂毒素Alomone LabsR-400
胶原酶DSigma11088866001
胶原酶IVSigmaC5138-1G
脱氧核糖核酸酶ISigma10104159001
PercollGE Healthcare--
ZombieAqua活力染料BioLegend423102
eFluor 780活力染料eBioscience65-0865-14
抗CD45-BV421抗体BioLegend103134
抗CD45.1-BV421抗体BioLegend110732
抗CD45.2-BV650抗体BioLegend109836
抗CD45-Alexa Fluor 700抗体BioLegend103128
抗CD11b-APC/Cy7抗体BioLegend101226
抗CD8-AF700抗体BioLegend100730
抗CD8-BV421抗体BioLegend100753
抗CD8-PerCP/Cyanine5.5抗体BioLegend100734
抗CD8-Pacific Blue抗体BioLegend100725
抗CD4-PerCP/Cyanine5.5抗体BioLegend100540
抗CD4-FITC抗体BioLegend100406
抗PD-1-PE-Cy7抗体BioLegend109110
抗LAG3-PE抗体BioLegend125208
抗LAG3-PerCP/Cyanine5.5抗体BioLegend125212
抗TIM3-APC抗体BioLegend119706
LSRFortessa流式细胞仪Becton Dickinson--
FACSCanto II流式细胞仪Becton Dickinson--
H-2Kb/OVA257-264四聚体NIH tetramer core facility--
佛波醇12-肉豆蔻酸13-乙酸酯Sigma-AldrichP1585
离子霉素Sigma-AldrichI3909
Golgi StopBD Biosciences554724
抗IFNγ-APC抗体BioLegend505810
抗IFNγ-FITC抗体BioLegend505806
抗TNF-BV510抗体BioLegend506339
抗TNF-BV5711抗体BioLegend506349
抗TNF-PE抗体BioLegend506306
抗IL2-PeCy7抗体BioLegend503832
抗IL-2-Pacific Blue抗体BioLegend503820
抗IL-2-BV510抗体BioLegend503833
抗小鼠CD3抗体Bio X CellBE0001-1
抗小鼠CD8抗体Bio X CellBP0061
抗PD-L1抗体Bio X CellBE0101
重组CGRP文中未明确说明--
小鼠T细胞活化/扩增试剂盒Miltenyi Biotec130-093-627
FACSAria IIu细胞分选仪Becton Dickinson--
KAPA Hyperprep RNA建库试剂盒KAPA Biosystems--
Nextseq500测序仪Illumina--
Illumina TruSeq链特异性RNA LT建库试剂盒Illumina--
von Frey纤维丝Ugo Basile52-37450-275
Hargreaves装置Ugo Basile--
蛋白酶抑制剂SigmaP1860
辣椒素SigmaM2028
CGRP ELISA试剂盒Cayman Chemical589001
HEPES缓冲盐溶液Sigma51558
分散酶IISigma04942078001
层粘连蛋白SigmaL2020
Neurobasal-A培养基Gibco21103-049
神经生长因子Life Technologies13257-019
胶质细胞源性神经营养因子PeproTech450-51-10
阿糖胞苷SigmaC6645
L-谷氨酰胺VWR02-0131
B-27添加剂Gibco17504044
Fura-2 AMBioVision2243
小鼠重组SLPILifeSpan BioSciencesLS-G13637-10
含DAPI的Vectashield封片剂Vector LaboratoriesH-1000
尼康Ti2荧光显微镜Nikon--
ImageJ软件----
红细胞裂解液Life TechnologiesA1049201
CD8+ T细胞分离试剂盒Stem Cell19853A
β-巯基乙醇Gibco21985-023
抗CD3抗体Bio X CellBE00011
抗CD28抗体Bio X CellBE00151
重组IL-12BioLegend577008
抗IL-4抗体Bio X CellBE0045
CGRP8-37Tocris1169
SLPI ELISA试剂盒R&D SystemsDY1735-05
VIP ELISA试剂盒Antibodies OnlineABIN6974414
SP ELISA试剂盒Cayman Chemical583751
膜联蛋白VBioLegend640930
7-AADBioLegend640930

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
肿瘤模型建立
细胞系(B16F10-mCherry-OVA、YUMMER1.7等)、接种细胞数(5×10^5)、接种途径(i.d.)、小鼠品系(C57BL6/J背景)及性别、年龄
阅读提示:Methods:Cancer inoculation and volume measurement
伤害感受器消融
遗传消融(Trpv1cre::DTAfl/WT 或 Nav1.8cre::DTAfl/WT)或化学消融(RTX剂量、给药途径)
阅读提示:Methods:Mouse lines 和 RTX
药理学干预
BoNT/A剂量(25 pg/μl)、QX-314浓度(0.3%)、BIBN4096剂量(5 mg/kg)、给药时间和途径
阅读提示:Methods:BoNT/A、QX-314 和 BIBN4096
免疫表型分析
肿瘤消化方法、流式抗体克隆号及稀释度、门控策略
阅读提示:Methods:Tumour and tumour-draining lymph node digestion 和 Immunophenotyping
CGRP释放检测
皮肤外植体制备、刺激条件(capsaicin浓度)、ELISA试剂盒(Cayman Chemical 589001)
阅读提示:Methods:CGRP release from skin explant
体外共培养体系
DRG神经元分离方法、培养条件(NGF、GDNF)、共培养比例和时间
阅读提示:Methods:Neuron culture、Co-culture of CD8+ T cells and DRG neurons