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撰文：榴莲不酥 IF=43.474 推荐度：⭐⭐⭐⭐⭐ 亮点： 1. COX-2 肺成纤维细胞（AdvFs）促进肺转移； 2. 在稳定状态下，COX-2 AdvFs驱动骨髓细胞功能障碍或免疫抑制； 3. 靶向PGE2信号通路可提高DC疫苗或抗PD-1治疗的疗效。 2022年7月30日，在Immunity杂志上发表了一篇名为“Lung fibroblasts facilitate pre-metastatic niche formation by remodeling the local immune microenvironment”的文章，通过研究COX-2 AdvFs引发的不同肺驻留骨髓细胞在时空水平上的原位分子机制和细胞-细胞相互作用动力学，在肺转移模型的背景下描述了COX-2 AdvFs的作用。为进一步研究器官特异性免疫反应在控制器官转移中的作用打下了基础。
原发性肿瘤是转移前生态位形成的驱动因素，但次要器官对转移性传播的协调性未被充分认识。通过单细胞RNA测序和免疫荧光确定了环氧合酶2(COX-2)的外膜成纤维细胞，它们重塑了肺免疫微环境。在稳定状态下，肺中的成纤维细胞产生前列腺素E2（PGE2），从而驱动功能失调的树突细胞（DC）和抑制性单核细胞。成纤维细胞中Ptgs2（编码COX-2）的基因消融足以逆转肺驻留骨髓细胞的免疫抑制表型，在多种乳腺癌模型中促使免疫激活增强和肺转移减少。此外，通过成纤维细胞特异性Ptgs2缺失或PGE2受体EP2和EP4的双重抑制，改善了DC治疗和PD-1阻断的抗转移活性。总的来说，肺内成纤维细胞重塑了局部免疫环境，以促进乳腺癌转移。 肺成纤维细胞通过表达COX-2赋予髓系细胞功能障碍或免疫抑制表型 由原发性肿瘤引起的免疫功能失调的肺转移前生态位的形成对于早期到达的DTC逃避抗肿瘤免疫至关重要。为了评估转移前肺部环境如何调节DC和可能的其他APC，研究团队采用了外源性骨髓细胞移植系统，该系统使用BM衍生的DC（BM-DC），包括常规DC和其他抗原呈递骨髓细胞。与其他器官和组织相比，在幼稚和携带肿瘤的小鼠受体中发现移植到肺中的外源性BM-DC的MHC-I和MHC-II表达水平最低，这表明处于稳定状态的肺基质具有禁用BM-DCs的内在能力，并且这种效应被携带肿瘤的条件进一步加强。 使用BM-DC与各种类型的肺组织细胞的离体共培养，确定了CD140a 成纤维细胞能够抑制MHC-I和MHC-II表达和BM-DC的抗原摄取能力。在体内检测到植入的BM-DC与肺间质内的CD140a 细胞非常接近。肺成纤维细胞不需要直接的细胞-细胞接触来调节BM-DC，因为肺成纤维细胞条件培养基（CM）在调节BM-DC方面与肺成纤维细胞一样有效。这些结果表明，DC功能障碍是由肺内成纤维细胞通过可溶性因子引起的。 通过研究BM-DC的转录组谱，发现肺成纤维细胞以COX-2依赖性方式抑制BM-DC中与抗原摄取、加工和呈递相关基因的表达，并且纯化的PGE2发挥了作用，类似于肺成纤维细胞。此外，在野生型（WT）肺成纤维细胞的刺激下，BM-DC中多个免疫抑制相关基因的表达水平增加。BM-DC中免疫抑制相关基因的诱导主要依赖于肺成纤维细胞衍生的COX-2，较少依赖于PGE2。因此，通过COX-2-PGE2和可能的其他COX-2衍生的前列腺素，肺成纤维细胞赋予外源性BM-DC功能失调和免疫抑制能力。 这种基质-骨髓细胞相互作用是否也发生在其他骨髓谱系细胞中，因此确定单核细胞是否会被肺成纤维细胞改变至关重要。在用肺成纤维细胞CM刺激后，BM衍生的单核细胞增加了一系列免疫抑制基因的表达，这些基因部分依赖于肺成纤维细胞衍生的COX-2。肺成纤维细胞培养的单核细胞以肺成纤维细胞COX-2依赖性方式抑制T细胞增殖。总之，肺成纤维细胞通过COX-2的表达，将各种骨髓细胞类型重新编程为功能失调或免疫抑制。 图1：肺成纤维细胞将BM-DC和单核细胞重新编程为功能失调或免疫缺陷
表达Ptgs2的肺成纤维细胞在稳态下调节肺免疫微环境 为了确定COX-2依赖性基质-免疫相互作用是否对肺具有特异性，使用Ptgs2 Luc报告小鼠来比较从幼稚小鼠分离的不同器官中的COX-2信号。与其他被测器官相比，肺表达更高水平的Ptgs2，在人体组织中检测到肺中类似的Ptgs2高水平表达。肺中特征性的高水平Ptgs2表达和PGE2产生主要由肺成纤维细胞贡献。此外，肺成纤维细胞在Ptgs2表达和PGE2分泌方面优于从其他测试组织中分离的成纤维细胞。 为了更好地了解COX-2依赖性肺成纤维细胞程序在重新编程肺免疫微环境中的作用，研究团队生成了成纤维细胞靶向的Ptgs2条件KO敲除（cKO）小鼠。由于Ptgs2缺乏，肺成纤维细胞失去了COX-2的表达和PGE2的产生。在分析幼稚WT和Ptgs2ΔFb小鼠的肺免疫微环境后，发现Ptgs2ΔFb小鼠中获得性免疫相关细胞的总数增加。 除了这些细胞频率变化之外，成纤维细胞Ptgs2的消融导致肺驻留DC上MHC-I和MHC-II的表达增加，同时它们吸收抗原的能力增加。CD103 和CD11b DC的进一步表征表明，成纤维细胞COX-2介导的MHC-I和MHC-II抑制在两种DC亚型中的发生相似。从Ptgs2ΔFb小鼠分离的CD11b 和CD103 肺驻留DC中与抗原摄取、加工和呈递相关的广谱基因MHC分子增加。至于肺浸润的常规单核细胞，它们的一系列免疫抑制基因的表达被Ptgs2 cKO降低。总的来说，CD140a 成纤维细胞中COX-2的缺失导致肺部免疫微环境的定量和定性重编程，其特征是免疫功能障碍和免疫抑制减少，以及抗肿瘤适应性免疫增强。 图2：表达Ptgs2的肺成纤维细胞调节肺免疫微环境
CD140a 成纤维细胞中Ptgs2的基因消融可减轻肺转移 使用Ptgs2ΔFb模型，研究团队接下来确定了Ptgs2hi肺AdvF在乳腺癌肺转移中的功能贡献。使用了改进的实验性肺转移模型，结果发现2周后，虽然原发性肿瘤在两种小鼠品系之间没有差异，但AT3-Luc细胞在Ptgs2ΔFb小鼠肺中的转移定植比在WT小鼠中低4倍。使用氯膦酸盐脂质体去除DC和可能的其他骨髓细胞部分逆转了这种效应，表明骨髓细胞在功能上参与Ptgs2hiAdvF-体内转移的介导调节。 通过使用一种自发性肺转移模型以更好地概括有转移的人类乳腺癌患者，在该模型中，在手术切除原发性肿瘤后2周评估转移情况。与WT小鼠相比，Ptgs2ΔFb小鼠自发发生的肺转移较少。最后通过将Ptgs2ΔFb菌株与MMTV-PyMT菌株杂交，评估了成纤维细胞特异性Ptgs2缺乏对基因工程MMTV-PyMT模型中自发转移的影响。与移植模型一致，CD140a 成纤维细胞中Ptgs2的缺失减少了MMTV-PyMT小鼠中发生的自发性肺转移。总之，COX-2-PGE2依赖性肺成纤维细胞程序的作用是促进乳腺癌向肺的转移。 图3：CD140a 成纤维细胞中Ptgs2的基因消融可减轻乳腺癌肺转移
靶向COX-2-PGE2信号与免疫治疗剂协同控制肺转移 尽管减少EP2或EP4拮抗剂的剂量在AT3肿瘤定植方面无效，但在改良的实验中，两种拮抗剂一起使用显示转移定植降低超过10倍。除了AT3模型，EP2/EP4双重抑制在减轻肺转移方面的有效性在4T1和E0771移植模型中得到进一步验证，因此，同时靶向EP2和EP4可有效控制乳腺癌的肺转移。 接下来，研究团队测试了阻断COX-2-PGE2-EP受体信号是否可以逆转外源性DC抑制，从而提高DC疫苗的治疗效果。使用实验性转移比较了IV施用的DC疫苗治疗WT与Ptgs2ΔFb小鼠肺转移的功效由表达OVA抗原的AT3-OVA-Luc细胞诱导的模型。伴随着Ptgs2ΔFb小鼠中循环OVA特异性CD8 T细胞的数量高于WT小鼠，DC疫苗在减少Ptgs2ΔFb小鼠的肺转移方面显示出治疗效果，但在WT小鼠中则没有。因此，阻断COX-2-PGE2-EP2/EP4信号通路提高了DC疫苗治疗肺转移的治疗潜力。 此外推测，通过靶向肺基质信号来消除免疫抑制性肺微环境将增强免疫检查点阻断的功效。事实上，在WT小鼠的AT3模型中，抗PD-1的施用在减轻已建立的肺转移方面没有显著效果，而在Ptgs2ΔFb小鼠中有效。抗PD-1与EP2和EP4双重抑制的组合比单独的抗PD-1更有效。总之，靶向肺成纤维细胞相关的COX-2-PGE2-EP2/4信号是治疗乳腺癌肺转移的有效手段，也是一种与免疫疗法协同治疗肺转移的有希望的联合疗法。 图4：靶向COX-2-PGE2-EP2/EP4通路与DC疫苗或抗PD-1免疫协同作用
尽管有大量报道表明 BM 衍生的骨髓细胞的转移促进作用，但对于这些细胞是否具有内在的肿瘤调节作用或在它们浸润器官时获得这种能力知之甚少。从临床转化的角度来看，了解组织特异性免疫对于设计精确有效的治疗性器官转移瘤至关重要。本研究发现外源植入的骨髓细胞仅在肺中变得功能失调或免疫抑制，这表明免疫细胞可以根据组织环境以不同的方式重新编程调控肿瘤转移。 教授介绍
Guangwen Ren，分别于1999年和2002获得山东大学微生物学学士学位和硕士学位，2009年罗格斯大学免疫学博士学位，现为塔夫斯大学生物医学科学研究生院助理教授。研究小组专注于阐明间充质谱系细胞和免疫调节性骨髓细胞如何调节癌症治疗抵抗和转移复发中的适应性免疫反应。这些研究将充分利用杰克逊实验室独特的研究平台——人源化小鼠模型中的患者源性异种移植（PDX）肿瘤，研究目标是开发针对肿瘤微环境的新策略，以提高常规癌症治疗的疗效和免疫疗法等新疗法。 参考文献 Gong Z, Li Q, Shi J, Wei J, Li P, Chang CH, Shultz LD, Ren G. Lung fibroblasts facilitate pre-metastatic niche formation by remodeling the local immune microenvironment. Immunity. 2022 Jul 30:S1074-7613(22)00334-X. doi: 10.1016/j.immuni.2022.07.001. Epub ahead of print. PMID: 35908547. 
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