《自然》：巨噬细胞，你叛变的太早了

巨噬细胞是免疫细胞界的“墙头草”，它一边发挥着免疫作用，一边又会被老奸巨猾的肿瘤细胞拐骗成帮凶，亦敌亦友，让科学家又爱又恨！

由于巨噬细胞具有极高可塑性和复杂异质性，了解不同时空、不同谱系的巨噬细胞的分子特征及功能，是个艰巨的工作，而进一步探索它们是如何影响肿瘤的发展，更是难上加难。

近日，西奈山医学院的Miriam Merad团队在《自然》杂志上发表重要研究成果。他们发现，在肺癌形成的早期，就有组织驻留的巨噬细胞聚集在癌细胞附近，促进癌细胞的侵袭，同时诱导调节性T细胞增多，帮助癌细胞免疫逃逸。[1]

这项研究为早期肺癌防治提供了新思路：通过本文报道的分子特质，识别出的具有早期促癌功能的组织滞留的巨噬细胞，重编程让这些“叛徒”放下屠刀，将“孤立无援”的早期肿瘤扼杀在“摇篮”里。

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巨噬细胞有两种来源：一种是来源于单核细胞的巨噬细胞（MDMs）；另一种是驻留于组织内的巨噬细胞（TRMs），它们独立于造血系统，可在局部区域内自我更新维持。

那么如何鉴别肿瘤中巨噬细胞的谱系来源，不同的谱系来源又是如何影响肿瘤进展的呢？

首先，研究者使用了一个公共单细胞测序数据集，该数据集样本取自35个早期、未经治疗的NSCLC患者。

研究人员根据分子特征将这群细胞分为了巨噬细胞（组I和组II），经典CD14 单核细胞（组III）和非经典CD16 促炎性单核细胞（组IV）。其中，组I的肺泡巨噬细胞具有与TRMs相似特征——具有自我更新维持功能的基因表达；其他的巨噬细胞则被归纳到组II。

根据分子特征的分类结果

接下来，如果要进一步研究这些巨噬细胞的功能，就需要构建动物模型。

熟悉巨噬细胞的读者应该知道，即使是相似亚型的巨噬细胞，物种之间的基因差异也很大。不过，研究人员在对比了小鼠肿瘤与人类肿瘤的单细胞测序结果，欣喜地发现：尽管存在明显的物种差异，但小鼠和人类的组I巨噬细胞有许多共同的基因，都高表达清除剂受体（MARCO和SIGLEC1），细胞周期基因（STMN1和TUBA1B）和转录因子PPARG。同样II、III、IV组小鼠的细胞和人的也都有共同的基因模块。

紧接着，研究者通过转基因小鼠杂交，追踪了巨噬细胞的谱系起源，发现小鼠肿瘤内组I巨噬细胞是来自组织驻留巨噬细胞（TRMs），而组II巨噬细胞是单核细胞来源的巨噬细胞（MDMs）。

由于已经证明小鼠的这些巨噬细胞表型和人的具有同源性，提示我们人NSCLC组织内的组I巨噬细胞也属于TRMs，其他人类NSCLC数据库的数据也支持这一结论。这些分子特征，成为了进一步研究重要工具。

与正常肺组织相比，肿瘤中I组巨噬细胞数量显著下降，也就是说在成熟的肿瘤中，TRMs数量减少。与此同时，研究人员却发现MDM数量增多。

肿瘤组织与正常组织内巨噬细胞的各组数量占比

为什么肿瘤组织内的TRMs数量会减少呢？

研究人员观察了肿瘤进展过程中TRMs的情况。刚开始TRMs均匀分布在肺组织里，当肺癌细胞入肺后，TRMs会将癌细胞围住，随着癌细胞增殖，TRMs还会不断地重新分布，始终像贴身“保镖”一样，将病灶围住。

绿色标记肿瘤细胞，红色标记TRMs

TRMs这波诡异的行为很容易让人联想到，它们可能和肿瘤细胞有秘密合作！

为了知道TRMs究竟在干嘛，研究者分别测量了早期（第15天）和晚期（第30天）肿瘤内TRMs相对于正常肺组织中TRMs的基因表达差异。研究人员发现1670个差异表达基因（DEGs），其中1322个DEGs来自于早期病变内的TRMs，这些基因大部分是和抗原呈递和组织重构有关。

那么TRMs的这些改变对肿瘤细胞有怎样的影响呢？

研究人员把这些病变早期的TRMs与肿瘤细胞共培养，相比于骨髓单核细胞（BMMs）和MDMs，他们发现这些TRMs可以显著提高肿瘤细胞侵袭性及增殖能力。

KP：KRAS G12D突变、P53缺失的小鼠肺癌细胞

此外，他们之前的研究还发现，与临近的健康组织相比，人类NSCLC肿瘤病灶内调节性T (Treg)细胞数量显著增加[3]。并且TRMs高表达 Ccl17和Tgfb1，这些基因已被证明可以促进Treg细胞的募集、分化和扩增[4]。

他们便大胆猜测，TRMs很可能可以诱导肿瘤组织内Treg细胞增加，并通过体外、体内实验论证了这个猜想。当肿瘤内TRMs减少时，Treg细胞累积减少，肿瘤的体积减少，但值得注意的是，肿瘤病灶数量不变。

黑色为TRMs充足，红色TRMs为耗竭

此外，与TRMs充足的肿瘤相比，TRMs耗竭肿瘤病灶中有更多的CC3 细胞和慢周期p27 细胞。可以看出，TRMs的耗竭让早期肿瘤细胞生存和生长能力受损。同时还在TRMs耗竭的病灶发现了CD4 和CD8 效应T细胞的数量增加，以及PD-1表达的减少。

TRMs耗竭对其他免疫细胞的影响

最后我们总结一下组织驻留巨噬细胞TRMs成为肿瘤细胞帮凶的过程。

首先，它们“热情好客”，将初来乍到的肿瘤细胞团团围住，营造了适宜的避难所；随后，它们“循循善诱”，激发肿瘤细胞的侵袭潜能，为肿瘤开疆扩土做好准备，并且它们化身“间谍”拉拢Treg细胞，为肿瘤细胞寻找更多帮手，避免被杀伤型T细胞攻击。

本文明确了组织驻留巨噬细胞，对肺癌早期的贡献，有希望成为预防或治疗早期肺NSCLC的靶点。另外研究者还指出，关于单核细胞来源的巨噬细胞对肿瘤细胞的影响已在研究中。

最后希望科学家能早日解密巨噬细胞的功能特质，好劝它“回头是岸”，不要再给肿瘤细胞打工啦！

参考文献：

[1]Casanova-Acebes M, Dalla E, Leader AM, et al. Tissue-resident macrophages provide a pro-tumorigenic niche to early NSCLC cells [published online ahead of print, 2021 Jun 16]. Nature. 2021;10.1038/s41586-021-03651-8. doi:10.1038/s41586-021-03651-8

[2] Sawai CM, Babovic S, Upadhaya S, et al. Hematopoietic Stem Cells Are the Major Source of Multilineage Hematopoiesis in Adult Animals. Immunity. 2016;45(3):597-609. doi:10.1016/j.immuni.2016.08.007

[3] Lavin Y, Kobayashi S, Leader A, et al. Innate Immune Landscape in Early Lung Adenocarcinoma by Paired Single-Cell Analyses. Cell. 2017;169(4):750-765.e17. doi:10.1016/j.cell.2017.04.014

[4] Mucida D, Park Y, Kim G, et al. Reciprocal TH17 and regulatory T cell differentiation mediated by retinoic acid. Science. 2007;317(5835):256-260. doi:10.1126/science.1145697

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