胶质母细胞瘤通过颅骨骨髓诱导树突状“杂交”中性粒细胞的招募和分化

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胶质母细胞瘤 树突状细胞 中性粒细胞 颅骨骨髓 免疫治疗

胶质母细胞瘤通过颅骨骨髓诱导树突状“杂交”中性粒细胞的招募和分化

背景

胶质母细胞瘤（Glioblastoma, GBM）是一种侵袭性极强的中枢神经系统恶性肿瘤，预后极差，患者生存时间通常较短。尽管近年来肿瘤治疗技术和手段有了显著进展，但传统的放疗和化疗依然难以取得满意的疗效，其原因在于这些治疗手段主要针对肿瘤细胞本身，而未充分考虑肿瘤微环境（Tumor Microenvironment, TME）对肿瘤生长和侵袭性的支持作用。GBM细胞通过分泌细胞因子、趋化因子和生长因子吸引不同类型的免疫细胞，这些免疫细胞在肿瘤微环境中发挥作用，影响肿瘤的侵袭性和对治疗的耐药性。虽然多数研究关注肿瘤相关巨噬细胞（Tumor-Associated Macrophages, TAMs）在GBM中的作用，但关于肿瘤相关中性粒细胞（Tumor-Associated Neutrophils, TANs）在GBM中的功能一直未被充分研究。

本文由加州大学旧金山分校（University of California, San Francisco, UCSF）神经外科的Meeki Lad等人撰写，发表于2024年9月的《Cancer Cell》期刊，作者们首次揭示了头盖骨骨髓中的未成熟中性粒细胞在GBM微环境中被诱导极化为一种具树突样特性的“混合”中性粒细胞。这一发现表明，GBM通过招募并诱导这些中性粒细胞的树突细胞样极化，形成具有抗原呈递功能的免疫细胞，从而激活T细胞抗肿瘤反应。这一研究不仅提供了GBM免疫微环境的新见解，还指出了头盖骨骨髓作为中枢神经系统（CNS）肿瘤的潜在治疗靶点的可能性。

研究方法

研究设计与流程

该研究综合使用了多种体外实验、动物模型和单细胞RNA测序（scRNA-seq）技术，主要分为以下几个步骤：

  1. 中性粒细胞的分离与分析：从GBM患者肿瘤组织中分离出肿瘤相关中性粒细胞（TANs），与患者外周血中性粒细胞（PBNs）进行转录组比较，分析其在抗原呈递相关基因方面的差异。
  2. 头盖骨骨髓来源的验证：通过移植实验，研究者确认头盖骨骨髓中未成熟的抗原呈递细胞（APCs）向GBM迁移。通过荧光标记的骨盖骨片移植实验，研究者发现了头盖骨骨髓对肿瘤抗原呈递细胞的独特贡献。
  3. “混合”中性粒细胞的功能研究：利用流式细胞术检测TANs的主要组织相容性复合体II类分子（MHCII）表达情况，并通过体内和体外试验证实其在激活T细胞中的作用。
  4. 肿瘤抑制效果的验证：在小鼠GBM模型中，通过去除TANs或T细胞评估其对肿瘤负担和肿瘤微环境的影响。

数据分析与创新技术

为进一步探索TANs的功能性极化状态，作者采用了单细胞RNA测序技术（scRNA-seq），分析了患者的TANs和PBNs在抗原呈递通路、趋化、吞噬功能相关基因上的表达特征。此外，为了验证TANs的抗肿瘤功能，研究者还进行了系统性中性粒细胞去除实验，以及使用 AMD3100 药物诱导头盖骨骨髓中性粒细胞迁移的实验，结果均支持TANs的抗肿瘤效应。这种从骨髓前体细胞中诱导获得抗原呈递功能的混合中性粒细胞的分化途径，为理解GBM的免疫微环境提供了新视角。

研究结果

主要发现

  1. TANs具有抗原呈递功能：研究者通过流式细胞术和抗原处理试验，发现GBM患者TANs中的“混合”细胞不仅形态复杂，而且表达抗原呈递基因，并能激活T细胞。这些“混合”中性粒细胞在GBM微环境中得以长期生存，打破了中性粒细胞寿命短、仅在肿瘤中起旁观者作用的传统观点。

  2. GBM抑制依赖于T细胞：体内实验表明，中性粒细胞对GBM的抑制作用依赖于T细胞，且通过干扰素（IFN）信号通路实现。这一结果表明，GBM中的“混合”中性粒细胞能够通过MHCII依赖性途径激活T细胞，从而抑制肿瘤生长。

  3. 骨髓来源的“混合”中性粒细胞：通过移植标记的头盖骨骨髓片，研究者证实了头盖骨骨髓是GBM抗原呈递中性粒细胞的主要来源，而非循环中的成熟中性粒细胞。进一步分析表明，头盖骨骨髓的未成熟中性粒细胞在GBM中被诱导极化，逐渐表现出抗原呈递功能。

  4. AMD3100的治疗潜力：研究发现，通过使用 AMD3100 药物增强头盖骨骨髓的中性粒细胞迁移可以显著延长小鼠的生存时间，提示其具有潜在的治疗价值。

结果的意义

这些发现表明，GBM通过一种新的免疫逃逸机制，利用骨髓来源的未成熟中性粒细胞在肿瘤微环境中极化为具有抗原呈递功能的“混合”细胞，从而激活抗肿瘤T细胞反应。这一结果不仅揭示了GBM中TANs的抗肿瘤作用，同时也指出了头盖骨骨髓在GBM免疫微环境中的关键地位，为未来GBM的免疫治疗提供了新的靶点。

研究结论与价值

本研究的结论是，头盖骨骨髓可以向GBM微环境提供未成熟的抗原呈递细胞，包括具树突细胞特征的“混合”中性粒细胞，这些细胞在肿瘤微环境中起到抗肿瘤免疫功能。这些发现为胶质母细胞瘤的免疫治疗提供了新思路，特别是对于增强骨髓中性粒细胞迁移的药物（如 AMD3100）在GBM治疗中的应用价值提供了证据支持。

研究亮点

  1. 本研究首次揭示了头盖骨骨髓对中枢神经系统肿瘤微环境的免疫支持作用，并指出其可能成为临床治疗靶点。
  2. TANs的“混合”极化状态具有独特的抗原呈递功能，能够通过MHCII依赖性途径激活T细胞，这种新的细胞亚群为肿瘤免疫治疗提供了新思路。
  3. 使用AMD3100药物促进头盖骨骨髓中性粒细胞迁移可以显著延长GBM模型小鼠的生存时间，展示了增强骨髓中性粒细胞迁移的潜在临床价值。

未来展望

该研究指出了一条重要的研究方向，即进一步探索骨髓来源的免疫细胞在中枢神经系统肿瘤微环境中的作用机制。未来的研究可以深入探讨头盖骨骨髓在其他CNS肿瘤或疾病中的免疫作用，特别是在临床上评估AMD3100等药物的有效性和安全性。