组织驻留巨噬细胞为早期非小细胞肺癌细胞提供促肿瘤生态位

Tissue-resident macrophages provide a pro-tumorigenic niche to early NSCLC cells

作者信息María Casanova-Acebes, Erica Dalla, Andrew M Leader, Jessica LeBerichel, Jovan Nikolic, Blanca M Morales, Markus Brown, Christie Chang, Leanna Troncoso, Steven T Chen, Ana Sastre-Perona, Matthew D Park, Alexandra Tabachnikova, Maxime Dhainaut, Pauline Hamon, Barbara Maier, Catherine M Sawai, Esperanza Agulló-Pascual, Markus Schober, Brian D Brown, Boris Reizis, Thomas Marron, Ephraim Kenigsberg, Christine Moussion, Philippe Benaroch, Julio A Aguirre-Ghiso, Miriam Merad
PMID34135508
期刊Nature
发布时间2021-07
DOI10.1038/s41586-021-03651-8

实验完整度

研究包含独立证据层级:人类肿瘤单细胞测序、小鼠肿瘤模型、谱系追踪、功能验证(巨噬细胞耗竭)、机制验证(EMT、Treg)及体内外实验。

主要模型

KP小鼠肺癌原位模型 CD169-DTR小鼠 人类NSCLC肿瘤样本 KP细胞3D球体共培养模型

重点核对

模型:KP细胞(KrasG12D和p53缺陷)尾静脉注射原位肺癌模型 分组:TRM耗竭组(CD169-DTR+DT)与对照组(WT+DT) 剂量:白喉毒素15 ng/只,鼻内给药 时间:肿瘤接种后5-30天,早期(day 15)和晚期(day 30) 检测:肿瘤负荷、Treg细胞、CD8+ T细胞、EMT标志物

摘要

巨噬细胞在塑造肿瘤微环境(TME)、肿瘤免疫和对免疫治疗的反应中具有关键作用,这使其成为癌症治疗的重要靶点。然而,调节巨噬细胞已被证明极其困难,因为我们仍然缺乏对肿瘤巨噬细胞区室的分子和功能多样性的完整理解。巨噬细胞来源于两个不同的谱系。组织驻留巨噬细胞局部自我更新,独立于成人造血,而短寿命的单核细胞来源的巨噬细胞来源于成人造血干细胞,主要积聚在炎症病灶中。这些巨噬细胞谱系如何促进TME和癌症进展仍不清楚。为了探索人类非小细胞肺癌(NSCLC)病变中巨噬细胞区室的多样性,我们在这里对肿瘤相关白细胞进行了单细胞RNA测序。我们鉴定了富集于人类和小鼠肺肿瘤中的不同巨噬细胞群体。利用谱系追踪,我们发现这些巨噬细胞群体在起源上不同,并在TME中具有不同的时间和空间分布。组织驻留巨噬细胞在肿瘤形成早期积聚在肿瘤细胞附近,促进肿瘤细胞的上皮-间质转化和侵袭性,并且它们还诱导有效的调节性T细胞反应,保护肿瘤细胞免受适应性免疫的攻击。组织驻留巨噬细胞的耗竭减少了调节性T细胞的数量并改变了其表型,促进了CD8+ T细胞的积累,并降低了肿瘤的侵袭性和生长。在肿瘤生长过程中,组织驻留巨噬细胞重新分布于TME的外周,而在小鼠和人类NSCLC中,TME主要由单核细胞来源的巨噬细胞主导。这项研究确定了组织驻留巨噬细胞对早期肺癌的贡献,并将其确立为预防和治疗早期肺癌病变的靶点。

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
组织驻留巨噬细胞(TRMs)和单核细胞来源的巨噬细胞(MDMs)在非小细胞肺癌(NSCLC)肿瘤微环境中的不同作用是什么?
核心机制
TRMs通过促进肿瘤细胞上皮-间质转化(EMT)和增强调节性T细胞(Treg)反应,为早期肿瘤提供促肿瘤生态位,保护肿瘤细胞免受适应性免疫攻击。
主要证据
通过scRNA-seq鉴定TRMs和MDMs,谱系追踪显示TRMs独立于成人造血;共培养实验显示TRMs诱导KP细胞EMT和侵袭性;TRM耗竭减少Treg细胞、增加CD8+ T细胞,降低肿瘤负荷。
研究意义
研究确定TRMs是早期肺癌预防和治疗的潜在靶点。

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

单细胞转录组分析

鉴定人类和小鼠肺癌中巨噬细胞的转录组亚群

对人类NSCLC病变和小鼠KP肿瘤进行scRNA-seq,聚类分析鉴定巨噬细胞和单核细胞亚群。

2

谱系追踪

确定肿瘤相关巨噬细胞的起源

使用Map17-creER和Cx3cr1-creER命运图谱小鼠,标记成年造血干细胞衍生的细胞,分析肿瘤相关巨噬细胞的标记。

3

空间分布分析

研究肿瘤进展过程中TRMs和MDMs的空间分布

使用免疫荧光和组织透明化成像,在不同时间点分析TRMs和MDMs与肿瘤细胞的位置关系。

4

转录和表观遗传分析

表征TRMs对肿瘤早期信号的响应

对早期和晚期肿瘤及正常肺中的TRMs进行bulk RNA-seq和ATAC-seq,分析基因表达和染色质可及性变化。

5

体外功能实验

验证TRMs对肿瘤细胞侵袭性和EMT的影响

将KP细胞与TRMs或骨髓单核细胞共培养,使用3D球体和matrigel侵袭实验评估EMT和侵袭性。

6

体内功能验证

验证TRMs在早期肿瘤进展和免疫抑制中的作用

使用CD169-DTR小鼠特异性耗竭TRMs,评估肿瘤负荷、Treg细胞和CD8+ T细胞的变化。

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
10X Chromium10X Genomics--
RPMI培养基----
胎牛血清----
青霉素-链霉素----
基质胶Corning--
粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子Peprotech--
巨噬细胞集落刺激因子Peprotech--
他莫昔芬Sigma-Aldrich--
白喉毒素List Biological Laboratories--
Accucheck计数微球Molecular ProbesPCB100
FACS缓冲液----
胶原酶IVSigma--
E-钙黏蛋白抗体BD Biosciences610181
TWIST1抗体MilliporeABD29
活化caspase-3抗体Cell Signaling Technology9661S
p27抗体Cell Signaling Technology3686S
ZEB1抗体SigmaHPA027524
SIGLECF抗体Invitrogen1RNM44N
广谱细胞角蛋白抗体ProgenGP11
CD45.1抗体BiolegendA20
RNeasy micro试剂盒Qiagen--
Smart-Seq v4超低输入RNA试剂盒Takara Bio--
低输入文库制备试剂盒Takara Bio--
标记DNA缓冲液Illumina--
标记DNA酶Illumina--
MinElute PCR纯化试剂盒Qiagen--
Easy Step Naive CD4+ T细胞分离试剂盒STEMCELL Technologies19765A
MagniSort小鼠CD8初始T细胞富集试剂盒Invitrogen8804-6825-74
MagniSort小鼠CD4初始T细胞富集试剂盒Invitrogen8804-6824-74
黑色素漂白试剂盒Polysciences24909
AEC底物Vector LaboratoriesSK4200
甘油基封片剂DakoC0563
胰岛素Gibco12585014
表皮生长因子PeprotechAF-100-15
B27补充剂Gibco17504044
AlexaFluor 568山羊抗小鼠InvitrogenA11004
AlexaFluor 647山羊抗兔InvitrogenA21244
AlexaFluor 568山羊抗大鼠InvitrogenA11077
AlexaFluor 647山羊抗小鼠InvitrogenA21235
AlexaFluor 405山羊抗兔InvitrogenA31556
AlexaFluor 488山羊抗豚鼠InvitrogenA11073
ProLong Gold防淬灭封片剂(含DAPI)InvitrogenP36931
Alexa Fluor 432标记试剂盒InvitrogenA20182
Alexa Fluor 594标记试剂盒InvitrogenA20185
Alexa Fluor 647标记试剂盒InvitrogenA20186
Leica DMI8显微镜Leica--
Leica SPE共聚焦显微镜Leica--
Leica TCS SP8共聚焦显微镜Leica--
BD FACSAria流式细胞分选仪BD Biosciences--
Illumina NextSeq 500测序仪Illumina--
Illumina NextSeq 550测序仪Illumina--
IncuCyte S3活细胞成像系统Sartorius--
奥林巴斯数字切片扫描仪Olympus--
Leica Biosystems Aperio AT2数字切片扫描仪Leica Biosystems--
Triton X-100SigmaX100
甘氨酸SigmaG7403
二甲基亚砜SigmaD8418
肝素Akron BiotechAK3004
吐温20Calbiochem655205
TrypLE Express消化液Thermo Fisher Scientific--
红细胞裂解液BioLegend--

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
单细胞RNA测序
单细胞悬液制备、细胞分选门控、建库试剂盒、测序深度
阅读提示:Methods: scRNA-seq of KP tumours and naive lungs from mice; Extended Data Fig. 1a
谱系追踪
他莫昔芬给药方案(剂量、途径、时间)、标记效率、分析时间点
阅读提示:Methods: Fate-mapping; Extended Data Fig. 2a, b
肿瘤模型
细胞系(KP、B16-OVA)、注射细胞数、注射途径、肿瘤生长时间
阅读提示:Methods: Tumour implantation
巨噬细胞耗竭
白喉毒素剂量、给药途径(鼻内)、给药时间、耗竭验证
阅读提示:Methods: Diphtheria-toxin-induced depletion of TRMs; Extended Data Fig. 6d
体外共培养
细胞比例、培养时间、培养基成分(低血清、Matrigel)、细胞因子浓度
阅读提示:Methods: Spheroids; Oncospheres
流式细胞术
抗体克隆、染色方案、固定/破膜试剂、绝对计数方法
阅读提示:Methods: Flow cytometry and FACS; Supplementary Table 6