《细胞》重磅揭秘中性粒细胞的抗癌潜能！双重策略有望提升肿瘤免疫

▎药明康德内容团队编辑  

作为人体最丰富的白细胞类型，中性粒细胞是天然免疫的第一道防线，广泛参与肿瘤免疫循环、免疫编辑、免疫逃逸等重要过程。中性粒细胞还是肿瘤微环境的重要组成部分，但当我们关注它们在肿瘤免疫中的作用时，却发现这类细胞到底是“好”是“坏”，似乎是一个仍未解决的悖论。

一方面，长期以来有不少研究提出，肿瘤相关的中性粒细胞具有免疫抑制作用，阻碍了免疫治疗的效果，因此靶向这些细胞可以成为抗癌策略。例如今年年初，就有《科学》论文指出中性粒细胞持续浸润到肿瘤中，会转变为独特的终末分化状态，导致患者预后变差。但与此同时，近年来也陆续有研究发现，中性粒细胞可以通过产生活性氧（ROS）、释放弹性蛋白酶或是合成一氧化氮等不同的途径，实现对癌细胞的杀伤。

▲肿瘤免疫（图片来源：药明康德内容团队制作）

中性粒细胞真正的作用到底是抗肿瘤还是促肿瘤？这些看似矛盾的发现反映出的，是人们对中性粒细胞功能与表型分类认识的不足。虽然含量众多，但中性粒细胞的寿命太短了，半衰期只有6-8小时。再加上其细胞脆弱、mRNA含量较低，因此目前鲜有对中性粒细胞的大规模系统研究。

好在，近年来泛癌尺度的肿瘤微环境研究如火如荼，这一策略为系统研究中性粒细胞的功能和表型带来了新的契机。

今天凌晨，《细胞》（Cell）期刊上线的最新研究论文基于肝癌、胆管癌、胆囊癌等17个癌种的143例患者共计225例样本的中性粒细胞单细胞转录组，系统性揭示了人源肿瘤相关中性粒细胞可分为10个不同的亚群，展现出表型多样性和可塑性。其中，HLA-DR⁺CD74⁺中性粒细胞在多个癌种中和患者预后正相关，可诱导T细胞抗原特异反应并促进形成“热肿瘤”微环境，成为潜在的免疫治疗增敏策略。

在这项研究中，研究者首先通过整合来自225例患者样本的中性粒细胞单细胞转录组数据，利用聚类分析发现：根据不同的免疫表型、趋化因子特征和成熟状态等，中性粒细胞可分为10大群，其中包括了炎症型、血管生成型和抗原提呈型等不同状态。

在10个中性粒细胞亚群中，HLA-DR⁺CD74⁺中性粒细胞和VEGFA⁺SPP1⁺中性粒细胞在癌症中最为富集。其中，VEGFA⁺SPP1⁺属于促血管新生型中性粒细胞；而HLA-DR⁺CD74⁺中性粒细胞高度表达HLA-DR等II型主要组织相容性复合物（MHC-II）。MHC-II分子可以结合并向辅助性T细胞提呈抗原肽，因此HLA-DR⁺CD74⁺是抗原提呈型中性粒细胞。

这两种中性粒细胞各自富集的癌症类型不同，两者对癌症治疗也展现出了相反的影响。在多个癌种中，HLA-DR⁺CD74⁺中性粒细胞和更好的预后相关，而VEGFA⁺SPP1⁺中性粒细胞则是对应着更差的预后。

接下来的研究进一步揭示了HLA-DR⁺CD74⁺亚群的独特作用。研究者通过综合利用4种单细胞轨迹算法、多重免疫荧光、流式细胞术等技术，表征了中性粒细胞的不同成熟状态，发现在10个亚群中，HLA-DR⁺CD74⁺中性粒细胞可能处于终末分化的成熟状态。

因此，研究者进一步聚焦于HLA-DR⁺CD74⁺中性粒细胞的功能和调控机制。

对代谢通路的观察表明，在HLA-DR⁺中性粒细胞中，氨基酸代谢活跃。研究者通过体外筛选进一步检验了不同氨基酸的影响，发现亮氨酸的作用尤为显著，其上调了中性粒细胞的抗原提呈分子HLA-DR分子及相关共刺激分子表达。

随后的研究进一步揭示了亮氨酸驱动抗原提呈功能的全过程——亮氨酸可通过线粒体结构和功能重塑，增强乙酰辅酶A生成，上调MHC-II类分子启动子区的H3K27乙酰化修饰，从而上调HLA-DR等抗原提呈分子。

为了进一步研究这一群细胞的抗原提呈功能，作者发现HLA-DR⁺CD74⁺中性粒细胞可提呈肿瘤新抗原至T细胞，重塑T细胞免疫组库并增强抗原特异反应。

▲研究设计示意图（图片来源：参考资料[1]）

基于上述发现，抗原提呈中性粒细胞展现出了提升肿瘤免疫治疗效果的潜力，研究者也在此基础上，利用小鼠模型进一步探索了两种潜在的治疗策略。

第一种策略是调整饮食，让小鼠摄入富含亮氨酸的饮食。此时小鼠体内的CD74⁺中性粒细胞增加，但短期饮食不会影响癌症体积或体重。而当小鼠在接受抗PD-1免疫疗法的同时采用富含亮氨酸的饮食，免疫疗法的疗效得到增强——其肿瘤体积显著下降，癌症病情也稳定了下来。值得一提的是，由于富含亮氨酸的饮食存在潜在的副作用，研究作者表示，或许可以通过短程亮氨酸饮食、中性粒细胞体外亮氨酸刺激后再过继回输的方式来避免副作用的影响。

另一种有效的策略则是直接将CD74⁺中性粒细胞过继治疗与抗PD-1免疫疗法结合，此时研究者在所有类型的肿瘤模型中都观察到强大的抗肿瘤功效。在部分模型中，很大一部分肿瘤更是显示出完全缓解的结果。

最后，研究者在临床以及人体样本数据中进一步检验了抗原提呈中性粒细胞在免疫治疗中的协同作用。使用抗原提呈型中性粒细胞过继处理患者来源性肿瘤组织块时，T细胞抗原特异反应分子和杀伤分子均显著升高。此外，研究者基于肿瘤患者的免疫治疗测序数据分析发现，抗原提呈中性粒细胞和免疫治疗响应程度显著正相关。

研究指出，相比于其他专职的抗原提呈细胞，HLA-DR⁺中性粒细胞可能具有一些独特的优势。由于中性粒细胞具有活跃的吞噬能力和趋化特征，其作为抗原提呈细胞的作用更为突出；此外，寿命短的特点虽然使得中性粒细胞难以研究，但也能尽可能降低其被肿瘤微环境重新编程为免疫抑制细胞的风险，并且副作用短暂且可控。这些独特的特征强调了中性粒细胞在抗肿瘤免疫中的潜在价值。

综上，这项工作生成了多癌种的中性粒细胞转录组数据，深入分析了中性粒细胞癌种特异及共享的转录模式、细胞状态、代谢特征、临床相关性，聚焦HLA-DR⁺CD74⁺中性粒细胞的抗原提呈功能，探索了利用中性粒细胞抗原提呈来增敏免疫治疗的可能。

复旦大学附属中山医院樊嘉院士和高强教授、中国科学院上海免疫与感染研究所张晓明研究员、复旦大学生物医学研究院杨力研究员为本文通讯作者。复旦大学博士生吴英成、马家强、杨旭鹏、博士后南芳、硕士生张天成为共同第一作者。本研究得到复旦大学雷群英教授、朱棣教授、美国哈佛大学麻省总院朱秀轩教授、法国巴斯德研究所Claude Leclerc教授、上海交大免疫所王峰教授和王静教授的支持。

复旦大学高强教授诚聘博士后。高强教授是国家级高层次人才项目获得者、国家万人计划、国家优青，复旦大学附属中山医院院长助理、肝外科副主任、主任医师、教授、博导，以及复旦大学生物医学研究院和表型研究院双聘PI。博士后税前年薪30万，聘期内享受我院科研业绩奖励，工作突出者待遇从优，给予额外补助和津贴，出站后提供就业岗位。联系方式：[e-mail]。

参考资料：

[1] Y.C. Wu, J.Q. Ma, X.P. Yang, F. Nan, T.C. Zhang et al., Neutrophil profiling illuminates anti-tumor antigen-presenting potency. Cell (2024). Doi: 10.1016/j.cell.2024.02.005