空間的に分離されたマクロファージ集団は結腸癌における異なる結果を予測します
空間隔離されたマクロファージ群が結腸癌の異なる結果を予測する
はじめに
マクロファージは組織内の哨兵免疫細胞であり、多くの機能を果たしています。これには病原体防御、抗原提示、死んだ細胞の貪食、および組織修復を促進するシグナルの分泌が含まれます。腫瘍内では、マクロファージの浸潤はしばしば予後不良を示します。そのため、腫瘍関連マクロファージ（TAMs）は潜在的な癌治療の標的として広く注目されています。しかし、現行のマクロファージを標的とする治療法（例えば、CSF1経路阻害剤）は実体腫瘍に対してほとんど効果がないことが示されています。これは、おそらくマクロファージの異質性が無視されているためです。したがって、マクロファージの分子および機能的多様性をよりよく理解することが、癌治療において合理的にマクロファージを標的とし、臨床結果を予測するために必要です。
論文情報
本論文はスタンフォード大学の病理学科、生物医療情報学研究センター、生物医学データ科学科、生物工学科、微生物学および免疫学科、発生生物学科、幹細胞生物学と再生医学研究所、およびスタンフォード癌研究所に所属するMagdalena Matusiakらによって執筆されました。論文は2024年の「Cancer Discovery」誌に発表されました。
研究方法
この研究では、LYVE1+、FOLR2+、IL4I1+、NLRP3+、SPP1+という5種類のヒトマクロファージの空間分布を、多重プロテイン分析技術を用いて描写しました。これには正常な乳房および結腸組織に加えて、乳癌および直腸癌のような悪性組織も含まれます。さらに、この研究は他の組織内の細胞タイプを同時に染色することによって、これらのマクロファージ群が位置する多細胞環境を包括的に理解することに特徴があります。
実験手順
データ収集と処理
- 結直腸癌および乳癌データを4つの公共の単一細胞RNAシーケンシングデータセットから取得し、統合分析を行いました。
- 単一細胞トランスクリプトームデータを用いてマクロファージサブセットのマーカーを定義し、それらの健康および癌組織内での分布を調べました。
多重プロテイン分析
- CODEX多重組織イメージング技術を使用し、36種類の抗体を含む乳房および結腸組織の微配列における複数のプロテインマーカーを視覚化しました。
- 免疫蛍光およびIHC染色技術を用いて、5種類のマクロファージサブセットの空間分布を詳細に描写しました。
データ分析
- 多重イメージングデータに基づいて細胞近接性分析を行い、豊富なマクロファージ隣接環境およびそれぞれの細胞構成を識別しました。
- 空間トランスクリプトミクスデータと組み合わせて、正常および病変組織の特定の微環境におけるマクロファージの分布およびその機能ノードを明らかにしました。
研究結果
マクロファージサブセットの空間分離
- 5種類のマクロファージ（LYVE1+、FOLR2+、IL4I1+、NLRP3+、SPP1+）の組織内分布はランダムではなく、それぞれ異なる空間環境を占めていました。
- LYVE1+およびFOLR2+マクロファージは両方の腫瘍タイプにおいて高い保存性を持ち、特にFOLR2+マクロファージサブセットは血漿細胞の微環境で高度に富集していました。
- IL4I1+マクロファージは上皮細胞の死が頻繁な領域で高い貪食活性を示し、結直腸癌患者では良好な予後を示しました。一方、SPP1+マクロファージは低酸素および壊死の腫瘍領域に富集し、結直腸癌患者の予後不良と関連していました。
組織間の保存性
- 研究では、マクロファージサブセットおよびそれらの微環境が複数の組織および臨床状態で高度に保存されており、「基礎構築ブロック」の特性を有していることが判明しました。
マクロファージと予後
- 結直腸癌において、IL4I1+マクロファージの高浸潤率は患者の良好な予後と関連していましたが、SPP1+マクロファージは一般に予後不良と関連していました。
NLPR3インフラマソームの役割
- 研究は、NLPR3+マクロファージが侵襲的炎症反応領域（例えば乳癌、結直腸癌およびクローン病）における好中球の大量集積と関連していることを示しました。
結論およびその意義
本論文は、ヒトマクロファージが健康および癌組織内でどのように多様であり空間的に編成されているかを示し、それらが異なる微環境で果たす特定の役割を発見しました。これらの発見は、マクロファージを腫瘍治療の標的として利用する新しい考え方を提供し、特定のマクロファージ群を標的とすることが、すべてのマクロファージを一括して抑制するよりも治療の可能性が高いことを示しています。また、IL4I1+マクロファージが抗CD47およびPD-L1免疫療法における潜在的なターゲットであることを明らかにし、初めてヒト腫瘍におけるインフラマソーム形成の組織学的証拠を提供しました。研究結果は、マクロファージの健康および病態における機能研究の枠組みを提供するとともに、オンラインリソース（https://magdalenamat.github.io/spatial_mac_map/）を通じて本研究で得られた画像を公開アクセス可能にし、関連分野の研究に長期的なリソースを提供しています。