S100A9和HMGB1通过TLR4信号传导协调黑色素瘤中MDSC介导的免疫抑制

S100A9 and HMGB1 orchestrate MDSC-mediated immunosuppression in melanoma through TLR4 signaling

作者信息Feyza Gül Özbay Kurt, Beatrice-Ana Cicortas, Bianca M Balzasch, Carolina De la Torre, Volker Ast, Ece Tavukcuoglu, Cagla Ak, Sebastian A Wohlfeil, Adelheid Cerwenka, Jochen Utikal, Viktor Umansky
PMID39266214
发布时间2024-09-11
DOI10.1136/jitc-2024-009552

实验完整度

包含体外单核细胞处理、T细胞抑制实验、抑制剂干预、scRNA-seq、ELISA及临床样本分析等多个独立证据层级,并进行了功能验证和机制验证。

主要模型

健康供体来源的CD14+单核细胞(体外诱导MDSC) 患者来源的M-MDSC 晚期黑色素瘤患者外周血样本

重点核对

S100A9和HMGB1处理单核细胞的浓度(5 μg/mL)及处理时间(72小时) TLR4抑制剂resatorvid(5 μM)和RAGE抑制剂FPS-ZM1(30 nM)的预处理及浓度 T细胞增殖抑制实验中T细胞与单核细胞共培养的时间(96小时) 患者队列的样本量(n=42)、基线特征及ICI治疗信息 血浆S100A8/9水平的cut-off值(834.9 ng/mL)

摘要

背景 针对恶性黑色素瘤的免疫治疗面临显著比例患者产生耐药性的挑战。髓源性抑制细胞(MDSC)具有抑制抗肿瘤T细胞反应的能力,是黑色素瘤中免疫抑制和免疫检查点疗法耐药的主要因素。损伤相关分子模式S100A8、S100A9和HMGB1作为Toll样受体4(TLR4)和晚期糖基化终末产物受体(RAGE)的配体,在肿瘤微环境中高表达并驱动MDSC活化。然而,TLR4和RAGE信号在MDSC免疫抑制特性获得中的作用仍需进一步明确。我们的研究探讨了TLR4和RAGE及其配体S100A9和HMGB1的信号传导如何塑造黑色素瘤中MDSC介导的免疫抑制。 方法 从晚期黑色素瘤患者外周血中分离MDSC,或从健康供体来源的单核细胞体外生成。单核细胞用S100A9或HMGB1处理72小时。在存在或不存在TLR4和RAGE抑制剂的情况下,通过抑制T细胞增殖实验评估处理过的单核细胞的免疫抑制能力。通过ELISA定量血浆中S100A8/9和HMGB1的水平。对黑色素瘤患者和健康供体的单核细胞进行单细胞RNA测序(scRNA-seq)。 结果 我们发现暴露于S100A9和HMGB1通过TLR4信号传导将健康供体来源的单核细胞转化为MDSC。我们的scRNA-seq数据显示,患者单核细胞中富含炎症基因,包括S100以及参与NF-κB和TLR4信号传导的基因,并且主要组织相容性复合体II类基因表达降低。此外,血浆S100A8/9水平升高与黑色素瘤患者较短的无进展生存期相关。 结论 这些发现强调了TLR4以及较小程度上RAGE信号在单核细胞转化为MDSC样细胞中的关键作用,强调了靶向S100A9以防止这种转化的潜力,并突出了S100A8/9作为黑色素瘤血浆生物标志物的预后价值。

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
TLR4和RAGE信号及其配体S100A9和HMGB1如何塑造黑色素瘤中MDSC介导的免疫抑制?
核心机制
S100A9和HMGB1通过TLR4信号传导(而非RAGE)促进单核细胞向免疫抑制性MDSC转化,涉及p38/MAPK、STAT3和NF-κB通路的激活及PD-L1、ROS、IDO-1的上调。
主要证据
体外实验显示S100A9和HMGB1处理的单核细胞抑制T细胞增殖,TLR4抑制剂resatorvid可逆转该效应;scRNA-seq显示患者单核细胞中S100和NF-κB靶基因表达升高,MHC II类基因表达降低;临床样本中高血浆S100A8/9水平与较短PFS相关。
研究意义
靶向TLR4或S100A9可能阻止单核细胞向MDSC转化,血浆S100A8/9可作为黑色素瘤的预后生物标志物,用于监测疾病进展和免疫治疗反应。

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

体外单核细胞转化为MDSC模型建立

验证S100A9和HMGB1是否能将健康供体来源的单核细胞转化为MDSC。

健康供体CD14+单核细胞与GM-CSF共培养,并用S100A9或HMGB1处理72小时,通过T细胞增殖抑制实验评估免疫抑制功能,通过流式细胞术检测MDSC标志物(PD-L1、ROS、IDO-1、CD86、HLA-DR)。

2

信号通路抑制剂干预

确定TLR4和RAGE信号在单核细胞转化中的相对贡献。

在S100A9或HMGB1处理前,用TLR4抑制剂resatorvid(5 μM)或RAGE抑制剂FPS-ZM1(30 nM)预处理单核细胞1小时,随后检测T细胞抑制能力及下游信号分子的磷酸化水平。

3

体外生成MDSC的功能验证

验证TLR4信号对已生成MDSC免疫抑制功能的必要性。

使用GM-CSF和IL-6体外诱导MDSC(genMDSC),与T细胞共培养;在共培养体系中加入resatorvid或tasquinimod,检测对T细胞增殖的影响;并检测共培养上清中S100A8/9和HMGB1水平。

4

患者M-MDSC的分离和功能检测

比较体外生成的MDSC与患者来源的M-MDSC对TLR4抑制的响应差异。

从黑色素瘤患者外周血中分选M-MDSC(CD33+HLA-DR−/low),与T细胞共培养,加入resatorvid检测对T细胞增殖的影响;同时检测M-MDSC与T细胞共培养上清中的S100A8/9和HMGB1水平。

5

单细胞转录组分析

比较黑色素瘤患者与健康供体循环单核细胞的转录差异,识别MDSC相关特征。

对2例未治疗黑色素瘤患者和2例健康供体的CD14+单核细胞进行scRNA-seq,分析差异表达基因、聚类和通路富集,并用流式验证HLA-DR表达。

6

临床血浆生物标志物分析

评估血浆S100A8/9和HMGB1水平与黑色素瘤患者临床结局的关系。

通过ELISA检测患者血浆中S100A8/9和HMGB1水平,并分析与M-MDSC PD-L1表达、ICI治疗反应和PFS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
Pancoll分离液PanBiotech--
磁性细胞分选Miltenyi Biotec--
瑞沙托维(TAK-242)Sigma Aldrich243984-11-4
FPS-ZM1Sigma Aldrich553030
重组HMGB1Abcamab167718
重组S100A9Abcamab287938
粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子Miltenyi Biotec130-093-865
白细胞介素-6Miltenyi Biotec130-093-931
Fc受体阻断剂Miltenyi Biotec--
可固定活力染料700BD Biosciences564997
抗人CD14-FITC抗体BD Biosciences347493
PD-L1-BV421抗体BD Biosciences563738
同型对照IgG1 BV421BD Biosciences659453
HLA-DR-V500抗体BD Biosciences--
CD33-PE抗体BD Biosciences555450
CD66b-PerCPCy5.5抗体BD Biosciences5562254
谱系混合物(CD3、CD19、CD20、CD56)-APCBD Biosciences363601
CD80-PE-Cy7抗体BD Biosciences561135
CD86-APC抗体BD Biosciences560956
TLR4-PE抗体BD Biosciences564215
IgG1-PE同型对照BD Biosciences554680
RAGE-PE抗体Abcamab237363
IgG-PE同型对照Abcamab209478
CellROX深红试剂Thermo FisherC10422
Phosflow固定缓冲液IBD Biosciences557870
Phosflow透化缓冲液IIIBD Biosciences558050
抗人p38 MAPK (pT180/pY182)-PE抗体BD Biosciences562065
NFκB (pS529)-PE抗体BD Biosciences558423
STAT3 (Py705)-PE抗体BD Biosciences562072
BD FACSLyric流式细胞仪BD Biosciences--
FACSuite软件BD Biosciences--
FlowJo V.10软件BD Biosciences--
BD FACSAria IIU细胞分选仪BD Biosciences--
细胞增殖染料eFluor 450eBioscience65-0842-85
用于SILAC的RPMI培养基Thermo Fisher88365
L-精氨酸Sigma AldrichA5006
L-赖氨酸盐酸盐Sigma AldrichL5626
热灭活胎牛血清Thermo Fisher16140071
青霉素/链霉素Sigma Aldrich15140122
抗CD3抗体(克隆OKT-3)eBioscience16-0037-85
抗CD28抗体(克隆CD28.2)Beckman CoulterIM1376
他喹莫德MedChemExpressHY-10528
S100A8/9 ELISA试剂盒R&D SystemsDS8900
HMGB1 ELISA试剂盒Novus BiologicalsNBP2-62766
RIPA裂解缓冲液Sigma Aldrich20-199
蛋白酶抑制剂PromegaG6521
Pierce BCA蛋白定量试剂盒Thermo Fisher Scientific23225
抗IDO抗体Cell Signaling TechnologyD5J4E
抗pSTAT3抗体Cell Signaling Technology4113S
抗STAT3抗体Cell Signaling Technology9139S
抗p-p38抗体Cell Signaling Technology8690S
抗p38抗体Cell Signaling Technology4511S
抗p-p65抗体Cell Signaling Technology3033S
抗p65抗体Cell Signaling Technology8242S
抗GAPDH抗体Cell Signaling Technology2118S
SuperSignal West Pico PLUS化学发光底物Thermo Fisher34580
FUSION-SL-Advance化学发光成像仪PEQLAB Biotechnologie--
ImageJ软件NIH--
RNeasy Mini试剂盒Qiagen--
Tecan Infinite M200酶标仪Tecan--
Affymetrix Clariom S人全转录组表达芯片Thermo Fisher--
10x Genomics Chromium单细胞3'文库10x Genomics--
Chromium单细胞3'文库、凝胶珠和多重试剂盒及芯片试剂盒(V.3.1)10x Genomics--
NextSeq 550测序仪Illumina--

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
单核细胞分离和处理
CD14+单核细胞分离方法(MACS),处理条件(S100A9或HMGB1 5 μg/mL,GM-CSF 40 ng/mL,72小时),抑制剂预处理(resatorvid 5 μM,FPS-ZM1 30 nM,1小时)
阅读提示:Methods部分:Isolation and treatment of CD14+ monocytes
T细胞抑制实验
T细胞增殖染料eFluor 450浓度(10 μM),共培养时间(96小时),抗CD3和抗CD28抗体浓度(1 μg/mL和2 μg/mL),培养基成分(RPMI for SILAC补充L-Arg、L-Lys、FBS、双抗)
阅读提示:Methods部分:T-cell suppression assay
体外MDSC生成
GM-CSF(50 ng/mL)和IL-6(50 ng/mL)处理时间(96小时),处理细胞类型(健康供体CD14+单核细胞)
阅读提示:Methods部分:Isolation and treatment of CD14+ monocytes
患者M-MDSC分离
患者样本纳入标准(III-IV期,未治疗至少3个月),M-MDSC分选标志物(CD33+HLA-DR−),FACS分选方法
阅读提示:Methods部分:Flow cytometry 和 Human sample collection
scRNA-seq
样本量(2例患者,2例健康供体),细胞数量(10^3 cells/mL),文库构建方法(10x Genomics),测序平台(NextSeq 550)
阅读提示:Methods部分:Single-cell RNA sequencing 和 Reads processing and quality control
血浆生物标志物分析
患者血浆样本量(n=40),ELISA试剂盒(R&D Systems和Novus Biologicals),cut-off值(S100A8/9 834.9 ng/mL),ICI治疗反应评估标准
阅读提示:Methods部分:Plasma S100A8/9 and HMGB1 determination 和 Human sample collection