胃癌中巨噬细胞与成纤维细胞的烟酰胺代谢对抗动态改变肿瘤微环境

2024-08-13 Tue
尼古丁酰胺代谢对抗之间的宏观与微观机制：胃癌微环境的操纵背景介绍胃癌（gastric cancer, GC）是一种具有独特且异质性肿瘤微环境（tumor microenvironment, TME）的癌症类型。尽管免疫检查点阻断（immune checkpoint blockade, ICB）在胃癌治疗中取得了进展，但近半数患者对ICB疗法无反应。这提示了抗肿瘤反应实际上是TME中多因素相互作用的结果。
为了揭示这些复杂的相互作用，本文的作者们开展了一系列研究，通过转录组分析和动态血浆样本分析，他们首次提出了肿瘤微环境内尼古丁酰胺（nicotinamide, NAM）代谢的“对抗”机制。本文聚焦于在表达限速酶NAM磷酸核糖转移酶（nicotinamide phosphoribosyltransferase, NAMPT）和NAM-N-甲基转移酶（nicotinamide N-methyltransferase, NNMT）的巨噬细胞与成纤维细胞之间的动态对抗，从而调控CD8+ T细胞的功能。
研究来源本文由南方医科大学南方医院肿瘤科的Jiang等人撰写，协作单位还包括华南理工大学医学部附属第六医院癌症中心、广州医科大学附属第一医院胃肠外科、东京大学医学研究所、南山兽医生命科学大学等。研究发表于2024年8月6日的《Cell Metabolism》期刊。
研究流程实验设计与步骤本文的研究流程分为以下几个主要步骤：
代谢物活性及其预后价值的评估：
使用亚洲癌症研究组（ACRG）队列和PRJEB25780数据集中的肿瘤样本，通过液相色谱-串联质谱（LC-MS/MS）技术测量血浆样本中的NAM和1-甲基尼古丁酰胺（1-methylnicotinamide, MNAM），并计算NAM/MNAM比值。发现NAM与较好的预后相关，而MNAM则与较差的预后相关。
NAM代谢的细胞特异性表达：
利用单细胞RNA测序（scRNA-seq）和细胞共培养实验，揭示了巨噬细胞和癌症相关成纤维细胞（cancer-associated fibroblasts, CAFs）之间的NAM代谢交互。巨噬细胞主要表达NAMPT，而CAFs主要表达NNMT。
巨噬细胞来源的NAMPT外泌体（EVs）：
通过分离和鉴定EVs，发现巨噬细胞分泌的含有NAMPT的EVs可以下调CAFs中的NNMT表达。进一步的实验显示EVs通过Sirt1/NICD轴抑制NNMT的表达。
NAM代谢对T细胞功能的调控：
将巨噬细胞与CAFs共同培养，观察到EVs可以逆转CAFs对CD8+ T细胞功能的抑制作用，提高CD8+ T细胞的细胞毒性。
动物实验验证：
利用小鼠胃癌模型，采用NAMPT-overexpressing巨噬细胞或其EVs进行自体注射，结果显示肿瘤生长显著抑制，且血浆中的NAM/MNAM比值显著升高，同时肿瘤浸润的CD8+ T细胞活性增强。
实验结果通过全球代谢物活性评分，发现NAM/MNAM比值与ICB反应的显著相关性。
单细胞RNA测序揭示NAMPT和NNMT在巨噬细胞和CAFs中的特异性表达。
巨噬细胞分泌的含有NAMPT的EVs下调CAFs中的NNMT表达，并通过Sirt1/NICD轴起作用。
NAMPT-overexpressing巨噬细胞或其EVs自体注射后，肿瘤生长显著抑制，并提高CD8+ T细胞活性。
结论研究表明，NAM代谢在胃癌的肿瘤微环境中具有重要的双重面意义。巨噬细胞和CAFs之间的代谢对抗通过调节CD8+ T细胞的功能，从而影响了抗肿瘤反应。NAMPT外泌体能够恢复T细胞活性并增强抗PD-1疗效，为胃癌患者提供了新的治疗策略。本文揭示的NAM/MNAM比值可作为ICB反应的代谢生物标志物，并为个体化治疗的选择提供了依据。
研究的亮点重要发现：
巨噬细胞通过分泌含有NAMPT的EVs抑制NNMT在CAFs中的表达，促进了CD8+ T细胞的抗肿瘤活性。
临床意义：
NAM/MNAM比值作为ICB反应的代谢生物标志物，为胃癌的个体化治疗提供了新的策略。
方法创新：
将转录组分析、单细胞RNA测序和动物模型结合，系统解析了胃癌肿瘤微环境中的代谢交互。
研究的应用价值本研究通过揭示NAM代谢在胃癌抗肿瘤反应中的关键作用，提供了一种全新的思路来改善ICB疗效。未来的研究方向应集中于进一步解析NAM代谢在其他类型肿瘤中的作用，并在临床试验中验证NAM/MNAM比值作为生物标志物的实用性。
结语本文通过系统而详尽的实验流程，揭示了巨噬细胞和CAFs在NAM代谢调控中的关键作用，为针对胃癌的ICB治疗策略提供了新的方向。研究不仅具有重要的科学价值，也为临床治疗提供了切实可行的应用前景。