靶向NLRP3炎症小体消除免疫检查点抑制剂的心脏毒性

Targeting the NLRP3 inflammasome abrogates cardiotoxicity of immune checkpoint blockers

作者信息Yang Lu, Jiamin Gao, Yachen Hou, Han Yang, Dashuai Wang, Ge Zhang, Zhen Qin, Pengchong Du, Zhenwei Wang, Yunzhe Wang, Quanzhou Chen, Zhaowei Sun, Ping Li, Jinying Zhang, Junnan Tang
PMID39773567
发布时间2025-01-07
DOI10.1136/jitc-2024-010127

实验完整度

高

文献包含体外肿瘤模型、体内动物模型、批量及单细胞转录组分析等多个独立证据层级,并包含功能验证(MCC950干预)和机制验证(免疫网络解析)。

主要模型

B16F10黑色素瘤荷瘤C57BL/6J雌性小鼠 人类外周血单核细胞公共数据集(GSE180045)

重点核对

小鼠品系:C57BL/6J雌性,8-10周龄 肿瘤接种:皮下接种5×10^5 B16F10细胞 ICI方案:抗PD-1抗体(15 mg/kg,腹腔注射,隔日一次,共6次)或抗PD-1加抗CTLA-4(各15 mg/kg) NLRP3抑制:MCC950(20 mg/kg,口服,特定时间点) 巨噬细胞清除:氯膦酸盐脂质体(100 μL,5 mg/mL,腹腔注射,每2天一次)

摘要

背景:免疫检查点抑制剂(ICIs)彻底改变了许多恶性肿瘤的治疗。然而,ICI诱导的过度免疫激活会导致心脏毒性。传统治疗如糖皮质激素和免疫抑制剂效果有限,甚至可能加速肿瘤生长。本研究旨在确定有效减少心脏毒性并同时保留或增强ICI疗法抗肿瘤免疫的方法。方法:在携带黑色素瘤的C57BL/6J雌性小鼠中注射ICI,以模拟接受免疫治疗的肿瘤患者的心脏毒性。使用MCC950阻断NOD样受体蛋白3(NLRP3)炎症小体活性。采用超声心动图、免疫荧光、流式细胞术和逆转录定量聚合酶链反应评估心脏功能、免疫细胞群体和炎症因子水平。使用批量和小鼠RNA测序检测心脏转录组和免疫网络的变化。结果:NLRP3抑制降低了炎症反应并改善了心脏功能。值得注意的是,NLRP3抑制还导致肿瘤生长显著抑制。单细胞RNA测序阐明,MCC950治疗减少了心脏中致病性巨噬细胞、细胞毒性T细胞、活化T细胞及其炎症细胞因子的产生,同时增强了修复性巨噬细胞和初始T细胞的存在。此外,MCC950减轻了由程序性细胞死亡蛋白1(PD-1)和细胞毒性T淋巴细胞相关蛋白4(CTLA-4)双重免疫治疗诱导的心脏毒性,并促进了肿瘤消退,且在治疗已确立的心脏毒性方面显示出疗效。结论:我们的研究结果为预防和治疗ICIs诱导的心脏毒性提供了一种有前景的临床方法,将基于ICI疗法的抗肿瘤疗效与其心脏毒性副作用分离。

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
如何在不削弱抗肿瘤免疫效应的前提下,减轻免疫检查点抑制剂(ICIs)引起的心脏毒性?
核心机制
NLRP3炎症小体激活促进心脏中致病性巨噬细胞和细胞毒性T细胞的浸润及炎症细胞因子产生,导致心脏损伤;抑制NLRP3可重编程心脏免疫环境,减少致病性细胞,增加修复性巨噬细胞和初始T细胞。
主要证据
在B16F10黑色素瘤荷瘤小鼠中,MCC950与抗PD-1或抗PD-1/抗CTLA-4联合治疗改善了心脏功能,降低了cTnT、CD8+ T细胞和巨噬细胞浸润、凋亡和纤维化,并促进了肿瘤消退;单细胞RNA测序显示心脏中致病性巨噬细胞和细胞毒性T细胞减少,修复性巨噬细胞和初始T细胞增加。
研究意义
靶向NLRP3炎症小体可能成为预防和治疗ICI诱导的心脏毒性、同时增强抗肿瘤免疫的潜在治疗策略。

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

建立ICI诱导心脏毒性小鼠模型

模拟肿瘤患者接受ICI治疗时的心脏毒性,并验证NLRP3/IL-1β通路激活。

雌性C57BL/6J小鼠皮下接种B16F10黑色素瘤细胞,第7天起隔日腹腔注射抗PD-1抗体(15 mg/kg)或IgG对照,第19天后取材。通过超声心动图、组织学、免疫荧光、Western blot、批量RNA测序及公共scRNA-seq数据集分析评估心脏功能和NLRP3/IL-1β表达。

2

验证NLRP3抑制对心脏损伤的保护作用

评估NLRP3抑制剂MCC950是否能减轻ICI诱导的心脏毒性。

在抗PD-1治疗的同时口服MCC950(20 mg/kg),通过ELISA检测cTnT、超声心动图、免疫荧光(CD8、F4/80)、TUNEL、Masson染色和RT-qPCR评估心脏损伤和炎症。

3

评估NLRP3抑制对肿瘤生长及免疫微环境的影响

探究NLRP3抑制是否影响ICI的抗肿瘤疗效及肿瘤免疫微环境。

测量肿瘤体积和重量,流式细胞术分析肿瘤浸润的髓系细胞(TAM、MDSC)和CD8+ T细胞亚群及其功能(CD44、IFN-γ、TNF-α)。

4

单细胞RNA测序解析心脏免疫网络变化

明确NLRP3抑制后心脏免疫细胞亚群变化和细胞间通讯机制。

对心脏CD45+细胞进行scRNA-seq,鉴定免疫细胞亚群,分析巨噬细胞和T细胞亚群比例、基因表达及细胞间配体-受体相互作用(CellChat)。

5

验证双重ICI治疗下NLRP3抑制的作用

模拟临床中PD-1和CTLA-4联合治疗,评估MCC950对心脏保护和抗肿瘤效果。

小鼠接受抗PD-1(15 mg/kg)和抗CTLA-4(15 mg/kg)联合治疗,联合MCC950,检测心脏功能、心肌损伤、肿瘤生长。

6

评估MCC950对已确立心脏毒性的治疗效果

评估MCC950在心脏毒性已发生后的治疗潜力。

小鼠先接受5次抗PD-1治疗,随后同时给予5次MCC950,通过超声心动图评估心脏功能。

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
C57BL/6J小鼠Beijing SPF Biotechnology Co.--
B16F10细胞American Type Culture Collection--
抗PD-1抗体BioXcellBE0146
抗CTLA-4抗体BioXcellBE0131
大鼠IgG2a抗体BioXCellBE0087
叙利亚仓鼠IgG抗体BioXcellBE0089
MCC950TargetMolT6887
Vevo 3100----
小鼠心肌肌钙蛋白T ELISA试剂盒Solarbio--
逆转录试剂盒VazymeR312-01
PCR系统试剂VazymeQ311-02/03
Bio-Rad CFX CONNECT实时荧光定量PCR检测系统Bio-Rad--
抗CD45抗体Biolegend157214
抗CD3抗体Biolegend100233
抗CD8抗体Biolegend100721
抗CD4抗体Biolegend100437
抗CD44抗体Biolegend103011
抗CD11b抗体Biolegend101215
抗F4/80抗体Biolegend123109
抗Ly6G抗体Biolegend127613
抗Ly6C抗体Biolegend128035
活力染料Biolegend423105
抗TNF-α抗体Biolegend506329
抗IFN-γ抗体Biolegend505831
抗CD8抗体ServicebioGB15068-100
抗F4/80抗体ServicebioGB113373-100
TMR(红色)TUNEL细胞凋亡检测试剂盒Solarbio--
抗NLRP3抗体Proteintech68102-1-Ig
抗IL-1β抗体Cell Signaling Technology31202
抗GAPDH抗体ServicebioGB15004-100
Bio-Rad仪器Bio-Rad--
NanoDrop2000----
Agilent Bioanalyzer 2100Agilent Technologies--
FACSAria II细胞分选仪BD Biosciences--
Singleron Matrix单细胞处理系统Singleron Biotechnologies--
GEXSCOPE单细胞RNA文库构建试剂盒Singleron Biotechnologies--
Illumina HiSeq XIllumina--

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
动物模型建立
小鼠品系、性别、年龄、肿瘤细胞系、接种数量和部位
阅读提示:Methods: Mice and cell lines; Figure 1A
ICI治疗方案
抗体种类、剂量、给药途径、频率和持续时间;对照抗体
阅读提示:Methods: Animal grouping and treatment; Figure 2A
NLRP3抑制处理
MCC950剂量、给药途径(口服)、时间点
阅读提示:Methods: Animal grouping and treatment; Figure 2A
巨噬细胞清除
氯膦酸盐脂质体剂量、给药频率和途径
阅读提示:Methods: Animal grouping and treatment; online supplemental figure 6
心脏功能评估
超声心动图参数(LVEF、LVFS等)及测量方法
阅读提示:Methods: Echocardiogram
分子和组织学检测
组织处理和染色条件(H&E、Masson、免疫荧光等)、抗体稀释度
阅读提示:Methods: Histopathology, Immunohistochemistry and immunofluorescence
转录组分析
RNA提取、测序平台和数据分析流程
阅读提示:Methods: Bulk RNA sequencing, Single-cell preparation and scRNA-seq