《科學》重磅：科學家首次發現，腫瘤竟會將中性粒細胞的壽命延長3倍

　　在固若金湯的實體瘤面前，免疫細胞始終是弱小的一方。

　　去年8月份，美國范德堡大學的研究人員發現，殺傷性T細胞竟然在接觸腫瘤后的6-12小時內就能發生耗竭[1]。

　　去年年底，以色列魏茨曼科學研究所的一項研究表明，NK細胞入瘤24小時之內，就失去了抗腫瘤活性；而巨噬細胞入瘤后48小時之內就會被腫瘤策反，發揮促進腫瘤生長的作用[2]。

　　近日，由新加坡科技研究局（A*STAR）的Melissa S.F. Ng和A*STAR及上海交通大學醫學院附屬仁濟醫院-上海市免疫治療創新研究院的Lai Guan Ng（黃來源）領銜的研究團隊，在頂級期刊《科學》上發表一項重磅研究成果[3]，深入闡述了瘤內中性粒細胞的命運。

　　他們首次發現，中性粒細胞在進入腫瘤之后，在一天之內就會被腫瘤重編程成為超級長壽的促癌亞型。具體來說，在腫瘤的調教下，此類中性粒細胞的壽命達到循環中性粒細胞的4倍以上，而且它們還不懼低氧和缺乏營養的環境，聚集在腫瘤核心區域附近，表達高水平的血管內皮生長因子α（VEGFα），促進腫瘤核心區域血管的形成，為腫瘤提供養分，促進腫瘤的生長。

　　A*STAR的Melissa S.F. Ng、Immanuel Kwok和Leonard Tan，及上海交通大學醫學院附屬仁濟醫院-上海免疫治療創新研究院的史長明為研究論文的共同第一作者。

　　作為最積極、最強力的免疫細胞之一，中性粒細胞總會在第一時間趕到“案發現場”。

　　然而，在癌癥這種疾病類型中，科學家很早就發現，腫瘤中浸潤的中性粒細胞與患者的預后較差有關[4]。它甚至被認為是一種促進癌癥進展的免疫細胞類型[5]。不過，中性粒細胞促進腫瘤進展的原因，科學家仍知之甚少。

　　為了搞清楚中性粒細胞為何會促進腫瘤進展，又是如何促進腫瘤進展的，黃來源團隊以胰腺癌為研究模型，采用單細胞轉錄組和具有空間分辨率的多組學方法，深入研究了胰腺癌里中性粒細胞的變化、分布及功能。

　　從單細胞RNA測序（scRNAseq）結果來看，在中性粒細胞發育和循環的組織中，它有一條單一的變化軌跡。腫瘤組織中的中性粒細胞卻不太一樣，它們獲得了獨特的轉錄譜，并形成了三個不同的亞群（T1、T2和T3）。

　　從轉錄組特征來看，T1中性粒細胞的成熟度與未成熟中性粒細胞相當，而T2中性粒細胞的成熟度與成熟中性粒細胞相當。而且T1和T2中性粒細胞沿著腫瘤特異性分支發展，并往成熟度介于T1和T2之間的T3亞群匯聚。這意味著，T3亞群可能是T1和T2分化的終期階段。

　　瘤內中性粒細胞的發展軌跡

　　值得注意的是，轉錄組學數據還顯示，T3中性粒細胞中，與缺氧、糖酵解和血管生成有關的基因（如Vegfa和Hk2等）表達上調，染色質可及性增加。而其他組織中的中性粒細胞沒有這些轉錄組特征。

　　基于以上研究結果，研究人員認為，浸潤腫瘤的中性粒細胞無論處于哪個成熟階段，都能被腫瘤微環境重新編程，轉錄和染色質的發展軌跡趨向于獨特的T3狀態。

　　接下來黃來源團隊評估了是否能通過蛋白質表達來區分這三個亞群。結果發現，僅需要CD101和dcTRAIL-R1這兩個蛋白即可。CD101陽性屬于成熟的中性粒細胞，CD101陰性屬于未成熟的中性粒細胞；而免疫調節或抑制標志物dcTRAIL-R1則是T3中性粒細胞的象征。如此一來，T1中性粒細胞就是CD101和dcTRAIL-R1雙陰性，T2是CD101陽性和dcTRAIL-R1陰性。

　　基于蛋白標志物的分類方法

　　搞清楚瘤內中性粒細胞的特征之后，就需要弄清楚它們的分布和功能了。

　　從前面的轉錄組數據來看，T3中性粒細胞表現出明顯的細胞應激和生存途徑特征，包括對缺氧、氧化應激和糖酵解的反應。此外，T3中性粒細胞還富集了血管生成基因，包括Vegfa、Thbs1和Lgals3。黃來源團隊認為，這些數據表明T3不僅適應了腫瘤環境，還具有很強的促瘤作用。

　　從空間轉錄組數據來看，與T1和T2相比，T3中性粒細胞在腫瘤中糖酵解、缺氧和血管生成的高分區域（腫瘤核心的壞死區域，也是腫瘤最需要營養的區域）出現的頻率更高。

　　T3明顯靠近腫瘤核心，T1和T2更多地分布在腫瘤外緣

　　結合一開始得到轉錄組數據，腫瘤把T3中性粒細胞弄到核心部位的目的昭然若揭。

　　腫瘤讓被“黑化”的中性粒細胞促進核心部位長出血管，為腫瘤深處輸送氧氣和養料，進而促進腫瘤的生長。

　　共注射實驗證實了轉錄組數據得出的結論。與T1和T2相比，將T3與癌細胞共同注射到小鼠體內，更能促進腫瘤長血管。換句話說，T3中性粒細胞促進血管生成的能力最強。

　　血管生成能力比較

　　在了解腫瘤“黑化”中性粒細胞的時間軌跡的時候，黃來源團隊發現，T3重編程在進入腫瘤時就已經開始了。而且他們還發現，入瘤后的中性粒細胞壽命可以長達135個小時（近6天），是中性粒細胞在血液中半衰期（31小時）的超4倍。值得注意的是，一旦中性粒細胞被重編程為T3中性粒細胞，即使它們擺脫了腫瘤也不會恢復原來的表型。

　　簡單來說，中性粒細胞進入腫瘤之后，腫瘤就開始重編程中性粒細胞，dcTRAIL-R1表達逐漸上調，逐漸往T3型發育。在擁有超級長壽的T3中性粒細胞之后，腫瘤會將它們安排到高度缺氧的核心區域，讓T3誘導核心區域長出血管，進而達到促進腫瘤生長的目的。

　　在研究的最后，黃來源團隊T3中性粒細胞存在的廣泛性，以及臨床應用價值。

　　他們發現，腫瘤中性粒細胞的重編程在不同腫瘤類型中是一致的，T3中性粒細胞代表了終末分化的腫瘤中性粒細胞。

　　基于來自癌癥基因組圖譜（TCGA）和國際癌癥基因組聯盟胰腺癌-澳大利亞（PACA-AU）的兩個獨立胰腺癌隊列數據，他們還發現T3中性粒細胞特征高表達的患者總生存期（OS）較差，且不受患者性別、年齡和腫瘤分期等潛在混雜因素的影響。

　　此外，在其他多種癌癥類型中，T3中性粒細胞特征高表達也與患者的死亡風險升高有關。

　　T3特征與不同癌癥類型預后的關系

　　總的來說，黃來源和Melissa S.F. Ng領銜的這項研究，系統地探索了腫瘤內中性粒細胞的“黑化”過程。他們發現無論是成熟還是未成熟的中性粒細胞，只要進入腫瘤就會被重編程成為T3終末態中性粒細胞，隨后聚集在缺氧和高糖酵解特征的腫瘤核心區域，促進血管生成，支持腫瘤生長。

　　這一發現讓我們對中性粒細胞的促瘤作用有了更深入的認知，為靶向中性粒細胞的免疫療法的開發提供了新思路。