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斯坦福大学解开淋巴结转移的「 秘密 」,有助于切断肿瘤远处转移丨Cell

 蔚蓝色淼 2022-05-24 发布于河北


文献题目Lymph node colonization induces tumor-immune tolerance to promote distant metastasis

中文题目淋巴结定植引发肿瘤免疫耐受并促进肿瘤远端转移

杂志及影响因子

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研究意义
:  对于大多数肿瘤来说,如果出现远处器官转移,通常被诊断为疾病的终末阶段,是肿瘤相关死亡的主要原因。前期有研究表明淋巴结转移可能是远处转移的前兆,然而肿瘤系统发育重建表明,这种转移可能是独立的克隆来源。因此,淋巴结转移在肿瘤远处转移中的意义仍然是一个有争议的科学问题;此外,淋巴结浸润本身在肿瘤播散中可能的作用及潜在分子机制也是未知的。

本研究通过构建淋巴结转移动物模型,深入探究了肿瘤扩散到淋巴结的机制,以及这种转移对远端组织肿瘤定植的影响。总的来说,他们发现淋巴结转移肿瘤的表观遗传发生了重塑,对抗肿瘤免疫产生了抑制效应,最终产生促进肿瘤转移的特异性免疫耐受条件。这对深入理解肿瘤转移的机制具有重要启示作用,同时也揭示淋巴结在肿瘤远端转移过程中的关键作用,为将来开发靶向淋巴结的精准抗肿瘤疗法奠定了理论基础。


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图片来源:Cell

导读

对于大多数肿瘤来说,如果出现远处器官转移,通常被诊断为疾病的终末阶段,是肿瘤相关死亡的主要原因。这些转移通常发生在淋巴结  (LNs) 受累之前,LNs 是组织和肿瘤的下游引流部位,因此可以认为其定植基本不受阻碍,是肿瘤向远处扩散的中间媒介。

因此,淋巴结转移可能是远处转移的前兆,然而肿瘤系统发育重建表明,这种转移可能是独立的克隆来源。因此,淋巴结转移在肿瘤远处转移中的意义仍然是一个有争议的科学问题。

前期的研究表明,机体发生肿瘤时,来自原发肿瘤的经典树突状细胞  (cDC) 亚群在 LNs 中表达肿瘤特异性抗原,可引发有效的抗肿瘤免疫。然而,这些研究并没有考虑淋巴结浸润本身在肿瘤播散中的可能作用;此外,在淋巴结转移过程中肿瘤逃避抗肿瘤免疫的机制以及这种转移对疾病进展的影响在很大程度上是未知的。

近日,来自斯坦福大学的科学家们在国际顶尖期刊 Cell 发表了题为 Lymph node colonization induces tumor-immune tolerance to promote distant metastasis 的研究论文,通过构建淋巴结转移动物模型,深入探究了肿瘤扩散到淋巴结的机制,以及这种转移对远端组织肿瘤定植的影响

研究结果表明,淋巴结转移肿瘤的表观遗传发生了重塑,对抗肿瘤免疫产生了抑制效应,最终产生促进肿瘤转移的特异性免疫耐受条件。本研究对深入理解肿瘤转移的机制具有重要启示作用,同时也揭示了淋巴结在肿瘤远端转移过程中的关键作用,为将来开发靶向淋巴结的精准抗肿瘤疗法奠定了理论基础。


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图片来源:Cell

主要研究内容

淋巴结转移在促进肿瘤远端器官转移中的作用

首先,该团队采用了一种体内选择的方法构建了淋巴结转移小鼠模型,该方法类似于在其他器官特异性转移模型中使用的方法。

具体来说,他们将黑素瘤细胞系 B16-F0 植入小鼠,再从受累的淋巴结中产生新生细胞系,并将其再次植入到野生型小鼠中,通过在 9 代小鼠中重复了这个过程,他们得到了近 300 个独特的细胞系。

总体来说,子代 LNs 虽然生长动力学降低,但其比亲代细胞系转移到 LNs 的频率更高。比如说,使用不同荧光标记亲代和第六代 LN (LN6) 细胞系并进行皮下注射,结果发现产生的 LNs 转移几乎完全由 LN6 细胞组成。


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不过,尽管淋巴结转移是由 LN6 细胞构成的,但小鼠的肺转移主要来自于亲代细胞,因此他们猜想淋巴结转移可能通过其他机制影响了远端转移,而不是作为转移细胞来源。

因此,他们用亲本或子代 LN 细胞系接种到小鼠体内,然后通过向小鼠尾静脉注射表达荧光标记的亲本细胞,结果发现携带 LN 肿瘤的小鼠比携带亲本肿瘤的小鼠的肺转移负担更大,这表明 LN 子代细胞系增强了肿瘤在远端器官定植的能力。

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图片来源:Cell

LNs 转移表现出由干扰素刺激基因主导的特征

为了探讨其中的机制,他们对不同代、LNs 位点和系统发育谱系的肿瘤细胞系进行了全转录组测序。主成分分析和相关性聚类结果表明同类品系间的聚类最接近。他们将肿瘤细胞系分为 「 早期 」、「 中期 」、「 中晚期 」 和 「 晚期 」 四类。

晚期和早期株系的比较分析共鉴定出数百个存在显著差异表达的基因,而几乎所有与差异表达基因相关的生物学过程都与免疫反应相关,其中基因集富集分析结果表明 I 型和 II 型干扰素反应在晚期细胞系中高度富集。


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图片来源:Cell

I 型和 II 型干扰素诱导的信号传导激活了数百个基因,其中包括了程序性死亡配体 1 (PD-L1,由 Cd274 编码) 和主要组织相容性类别 I (MHC-I亚基 β-2 微球蛋白  (B2m),两者在调节肿瘤免疫应答中发挥着重要作用。更加有意思的是,Cd274 和 B2m 转录本和蛋白的丰度在 LN 世代中逐渐增加。

为了确定是否需要接触干扰素才能获得上述的信号激活,他们敲除了亲本细胞系中的 Ifnar1 和 Ifngr1,以此削弱了其对干扰素的响应能力。

当将这些细胞植入小鼠体内时,与野生型肿瘤产生 43% 的转移相比,IFNR 双敲除肿瘤产生 LN 转移的比例只有 10%。当从双敲除肿瘤的 LN 转移中再次衍生细胞系并将其重新植入新的受体小鼠时,小鼠转移到 LNs 的频率  (14%) 比野生型肿瘤  (92%) 更是低得多。

总之,这些结果表明I 型 IFNR 在维持干扰素刺激基因的稳定表达方面发挥重要作用。

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LNs 转移诱导的 Treg 具有抗原特异性并促进远端转移

调节性 T 细胞 (Tregs) 可抑制 T 细胞的抗肿瘤反应并表现出抗原特异性,研究人员发现发生 LNs 转移的肿瘤中 Tregs 的数量显著增加,这提示 LNs 转移促进了其诱导 Treg 分化的能力。

进一步的动物实验表明,缺乏 Tregs 的小鼠肿瘤生长动力学和 LNs 转移显著降低;此外,Tregs 的缺失还会导致肺转移的数量显著减少。

那么淋巴结转移小鼠的 LNs 中是否可以产生肿瘤抗原特异性 Tregs?

为了回答这个问题,他们从原发亲本肿瘤伴或不伴 LNs 转移的小鼠 LNs 中分离出 Tregs,并将相同数量的 Tregs 注射到荷瘤小鼠中,结果发现虽然受体小鼠的原发肿瘤大小没有差异,但接受 LNs 转移组织 Tregs 的小鼠有更多的肺转移。

因此,这一结果表明来自淋巴结转移的 Tregs 比来自无淋巴结转移的小鼠的 Tregs 具有更大的促进远端转移的能力,这也提示淋巴结转移能够诱导产生抗原特异性 Tregs,而这些是抗原特异性的 Tregs 则可促进远端组织的转移

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图片来源:Cell

结语

综上所述,在这项研究中,该团队建立了一种淋巴结转移的黑素瘤小鼠模型,深入探究了肿瘤如何扩散到 LNs 以及是否扩散到 LNs 对远端组织转移的影响。

研究结果表明淋巴结转移能够抵抗 T 细胞介导的细胞毒性,并可诱导产生抗原特异性 Tregs 细胞,以此产生肿瘤特异性免疫耐受,进而促进肿瘤的远端定植

与此同时,本研究揭示的现象也可延伸到人类肿瘤和其他小鼠肿瘤模型中,提示了一种保守的肿瘤转移机制在未来可作为靶向治疗的研究新方向

文章链接:https://www./cell/fulltext/S0092-8674(22)00466-4

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