识别缺氧巨噬细胞在胶质母细胞瘤中的治疗潜力

学术背景

胶质母细胞瘤（Glioblastoma，GBM）和异柠檬酸脱氢酶（IDH）突变型胶质瘤是成人中最常见的恶性脑部肿瘤。胶质瘤相关巨噬细胞（Tumor-associated macrophages，TAMs）是这些肿瘤中主要的免疫细胞浸润群体，这些细胞直接与恶性细胞交互，促进肿瘤进展，并构建免疫抑制微环境。因此，TAMs成为一种有吸引力的治疗靶点，并被广泛用于抑制TAM的招募或存活、恢复TAM的吞噬作用、重新编程TAM表型等多种治疗策略中。然而，现阶段大规模临床试验的效果有限，主要原因是TAM的细胞多样性和可塑性。

来源信息

该研究由Wenying Wang, Tianran Li, Yue Cheng等人发表在《Cancer Cell》期刊上。研究依托于中国第三军医大学、西南医院及华中科技大学等多家科研机构，于2024年5月13日发表。研究的通信作者为Yi-Fang Ping （pingyifang@126.com），Xiu-Wu Bian（bianxiuwu@263.net）和Yu Shi（shiyu@tmmu.edu.cn）。

研究流程

实验设计与方法

研究目标是识别并解析IDH野生型GBM和IDH突变型胶质瘤中的缺氧巨噬细胞（Hypoxia-TAM），探讨其对肿瘤血管正常化和抗肿瘤疗效的潜在作用。研究采用单细胞转录组测序技术（scRNA-seq）与空间转录组技术（spatial transcriptomics）结合的方式，从51例患者的肿瘤样本中绘制出分子和功能异质性图景。

样本与测序

研究从51例胶质瘤患者（包括40例GBM-IDHwt，8例IDH突变型星形细胞瘤和3例IDH突变型少突胶质细胞瘤）收集样本，进行单细胞RNA测序，并使用图文聚类算法进行细胞谱系注释。

初步数据分析

通过无偏聚类和细胞谱系注释，识别出360,214个单细胞，分类为12个主线系，其中肿瘤细胞占46%，髓系细胞占30%。进一步分析将髓系细胞聚类成单核细胞、TAMs、微胶质TAMs（MG-TAMs）等，并识别出5种MG-TAMs和4种树突细胞亚型。

Hypoxia-TAM的鉴定与功能分析

采用基因模块富集分析（GSVA）和无偏聚类方法，识别出Hypoxia-TAM集群，其显著表现缺氧响应特征。通过非负最小二乘回归（NNLS）分析确认了这些集群在不同类型胶质瘤中的使命和变化，这些群集在GBM-IDHwt中的频率较高。而在欠氧区的Hypoxia-TAM表现出高水平的胶质母细胞瘤（HGBM）细胞间相互作用及与血管的空间关联性，这些细胞通过分泌肾上腺髓质素（Adrenomedullin，ADM）导致内皮细胞粘连连接的破坏，从而促进肿瘤血管的高度渗透性。

实验结果与分析

Hypoxia-TAM的转录特征与空间分布

对HGBM样本的空间转录组分析表明，Hypoxia-TAM主要定位在围坏死区，并通过ADM分泌刺激内皮细胞粘连连接的破坏，导致肿瘤血管明显渗漏。ADM靶向治疗（包括基因敲除和药理阻断）能够恢复血管完整性，提高肿瘤内药物浓度，增强抗肿瘤药物dabrafenib的疗效。

生物信息学和功能实验

研究进一步通过生物信息学和功能实验揭示了Hypoxia-TAM的极化机制，发现肿瘤细胞产生的SPARC和缺氧诱导的乳酸是关键的微环境因素。同时，激活NF-κB信号通路中的p50转录因子对Hypoxia-TAM的极化至关重要。

主要发现总结

1. Hypoxia-TAM的鉴定：Hypoxia-TAM展示了显著的缺氧响应特征，集中于肿瘤的围坏死区。
2. ADM在血管异常中的作用：Hypoxia-TAM通过分泌ADM破坏内皮细胞的粘连连接，导致血管异常渗漏。
3. 治疗潜力：靶向ADM恢复了血管完整性，显著提高了药物传递和抗肿瘤疗效。

结论与价值

该研究通过高精度的单细胞转录组和空间转录组技术，系统性地揭示了胶质瘤中Hypoxia-TAM的分子和功能异质性，及其在血管异常化中的核心角色。研究表明，通过靶向ADM或其受体CRLR的药物干预，可以恢复肿瘤血管的结构完整性，提高药物传递效率，为肿瘤治疗提供了新的策略。

科学意义与应用前景

此次研究不仅揭示了Hypoxia-TAM作为一个新的治疗靶点的价值，还为理解肿瘤微环境中的免疫细胞动态与肿瘤发展的关系提供了新的视角。这些发现有望对胶质瘤及其他肿瘤的治疗策略产生深远影响，特别是提升药物渗透性和增强免疫治疗效果的领域。