Hi,大家好,我是小Q
MDSC(Myeloid-derived suppressor cells,骨髓来源抑制性细胞 )作为国自然热点,前期我们已经给大家做过基本介绍(详见本文末“往期回顾)。
鉴定MDSC的金标准,是其抑制T细胞的活化和增殖,MDSC对NK细胞如何影响呢?
本期,我们通过2020年3月份发表在Clinical Cancer Research(医学-肿瘤学1区杂志,2022年最新影响因子=11.5)一篇研究性论文,了解MDSC和NK细胞的关系
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标题
采用CXCR1/2抑制剂SX-682抑制MDSC转运,从而促进NK细胞治疗头颈癌
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研究背景
肿瘤细胞发生基因突变,逃避T细胞的识别和杀伤,但仍然能够被NK细胞通过抗原和MHC非依赖的方式识别和杀伤,近年来,多项NK细胞疗法已经进入了临床。
肿瘤细胞会通过多种方式诱导免疫抑制性微环境,MDSC是免疫抑制性微环境的重要组成部分。MDSC是一群异质性髓系细胞的统称,这群细胞具有免疫抑制活性,在肿瘤患者体内异常富集,通过趋化因子被招募到肿瘤组织中。MDSC主要分为M-MDSC和PMN-MDSC两个亚群,这两个亚群主要通过分泌A rginase-1抑制T细胞,MDSC对于NK细胞的作用有待进一步研究。
该项研究通过动物试验和临床样本验证,阐明了MDSC对NK细胞的抑制作用,同时初步证明了NK细胞过继疗法与CXCR1/2抑制剂联用的临床可行性。动物试验采用口腔癌模型(mouse oral cancer 2, or MOC2),该模型中,T细胞缺乏,PMN-MDSC通过多种机制抑制NK细胞,采用CXCR1/2抑制剂SX-682能够增强过继NK细胞的浸润、活化和抗肿瘤疗效,这种抗肿瘤疗效不是过继NK细胞直接产生的,而是通过抑制了MDSC的转运,从而解除了MDSC对NK细胞的抑制。
临床样本采用头颈鳞癌患者的外周血和肿瘤组织,发现外周血的MDSC均表达CXCR1和CXCR2;肿瘤局部的MDSC,相比于外周血中的MDSC,对NK细胞的抑制作用更加显著。
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研究结果
Figure 1 :MOC2荷瘤小鼠招募CXCR1+PMN-MDSC抑制NK细胞的功能
Figure 1
Figure 1A)首先研究小鼠脾脏NK细胞,发现跟健康小鼠相比,MOC2荷瘤小鼠脾脏NK细胞的数量显著减少;NK细胞活化受体NKG2D的表达量降低;
Figure 1B)NK细胞对于MOC2细胞的靶向杀伤能力也减弱,
Figure 1C)并且这种杀伤能力的减弱是持续存在的,因为将NK细胞孵育24小时之后再去杀伤MOC2靶细胞,NK细胞的杀伤能力依然没有恢复。
Figure 1D)接着关注小鼠脾脏髓系细胞,发现跟健康小鼠相比,MOC2荷瘤小鼠脾脏中Ly6GhiLy6Cint的PMN-MDSC和Ly6GlowLyChi的M-MDSC显著增多,并且M-MDSC表达CXCR1,PMN-MDSC表达CXCR2。
Figure 1E)进一步聚焦MOC2荷瘤小鼠肿瘤组织中的NK细胞和MDSC,发现荷瘤第10天,MOC2肿瘤组织中70%的免疫细胞是PMN-MDSC。
Figure 1F)这些PMN-MDSC与NK细胞和MOC2细胞共培养,发现PMN-MDSC能够抑制健康小鼠中分选的NK细胞的功能,使得NK细胞失去对MOC2细胞的杀伤能力。
Figure 2 :肿瘤局部的PMN-MDSC抑制NK细胞的效应功能
小鼠外周血和脾脏中的NK细胞比例很低,不便于作为体外研究工具,因此采用可以体外培养的NK细胞系KIL细胞。
Figure 2
Figure 2A)KIL细胞对于MOC2细胞的杀伤能力比分选的NK细胞强.
Figure 2B)进一步检测PMN-MDSC是否抑制KIL细胞靶向杀伤MOC2细胞,发现相比于外周血PMN-MDSC,肿瘤局部的PMN-MDSC更大程度地抑制KIL细胞的功能;
Figure 2C)肿瘤局部的PMN-MDSC剂量依赖性地抑制KIL的杀伤功能。
总之,Figure2A-C的结果说明,KIL细胞可以作为工具细胞,用来研究小鼠MDSC对NK细胞的作用
Figure 3 :肿瘤局部PMN-MDSC通过TGFβ和H­2O2抑制NK细胞的效应功能
接下来通过共培养实验,研究PMN-MDSC抑制KIL细胞效应功能的机制。
Figure 3
Figure 3A)TGF-β单克隆抗体能够阻断PMN-MDSC对KIL功能的抑制。
Figure 3B)过氧化氢酶(能够抑制细胞外的过氧化氢H2O2)也能够阻断PMN-MDSC对KIL功能的抑制。
Figure 3C)TGF-β单克隆抗体对PMN-MDSC作用的阻断能力强于H2O2酶。
Figure 3D-E)相对于外周血PMN-MDSC,肿瘤局部的PMN-MDSC表达更多的TGF-β和超氧化物歧化酶SOD1和SOD2。
这些结果说明,在MOC2模型中,PMN-MDSC通过TGF-β和H2O2抑制KIL细胞的效应功能。
Figure 4 :SX-682抑制PMN-MDSC的转运增强过继KIL的浸润和活化
由于MOC2肿瘤模型中的PMN-MDSC表达CXCR2,推测CXCR2可能介导PMN-MDSC向肿瘤组织中转运。
Figure 4
Figure 4A)在MOC2荷瘤小鼠的饲料中添加CXCR1/2的小分子抑制剂 SX-682,喂养一周,流式检测发现,SX-682显著抑制PMN-MDSC向肿瘤组织的转运。
Figure 4B)SX-682不改变肿瘤组织中免疫细胞的活率。
Figure 4C)对MDSC进行荧光标记之后过继转移到MOC2荷瘤小鼠中,发现SX-682确实抑制PMN-MDSC和M-MDSC向肿瘤组织的转运。
Figure 4D)用荧光标记KIL细胞并过继转移到小鼠体内,给与SX-682喂养,发现SX-682显著增加过继KIL细胞向肿瘤组织中富集。
Figure 4E)值得注意的是KIL细胞高表达CXCR1,低表达CXCR2。
Figure 4F-G)SX-682增强NK细胞分泌IFNγ和GranzymeB。
Figure 5 :抑制抑制PMN-MDSC的转运增强过继KIL的浸润和活化
Figure 5
Figure 5A)关注MOC2肿瘤生长:单独采用SX-682治疗不会抑制MOC2 肿瘤生长,单独过继KIL细胞对肿瘤生长的抑制作用也不显著,SX-682和过继KIL细胞联合显著抑制肿瘤生长。
Figure 5B)第21天检测肿瘤体积,发现只有SX-682和过继KIL细胞联合能够显著地减小肿瘤体积。
Figure 5C)尽管撤除之后之后肿瘤会复发,但是SX-682和过继KIL细胞联合能够显著延长小鼠地生存期。
以上数据表明,采用SX-682阻断CXCR2阳性髓系细胞向肿瘤组织转运能够增强过继转移地NK细胞的抗肿瘤疗效。
Figure 6 :头颈鳞癌患者外周血存在MDSC能够通过多种机制抑制NK细胞
最后关注头颈鳞癌患者的NK细胞和髓系细胞。
Figure 6
首先观察外周血:
Figure 6A)健康供体和头颈鳞癌患者外周血中的HNSCC比例无差别。
Figure 6B)采用IFNα和K562细胞刺激NK细胞时,头颈鳞癌患者的NK细胞产生IFNγ的能力比健康供体的NK细胞弱。
Figure 6C)健康供体和头颈鳞癌患者的外周血中都有高比例的CD11b + CD33+CD15+CD14-中性粒细胞。
Figure 6D)与健康供体相比,头颈鳞癌患者中CD11b+CD33+CD15- CD14+HLA-DRlow单核细胞更多,这种CD14+HLA-DRlow的细胞被认为是MDSC,而 CD14+HLA-DRhi的细胞是巨噬细胞。
Figure 6E)CXCR1和CXCR2的表达,在CD15+细胞中最高,在CD14+ HLA-DRlow细胞中也有表达,在CD14+HLA-DRhi细胞和其它淋巴细胞中表达很低。
然后检测头颈鳞癌组织中的髓系细胞:
Figure 6F)在头颈鳞癌组织中,CD11b+CD33+髓系细胞占存活CD45+ 淋巴细胞的38-55%
Figure 6G)肿瘤组织中,CD15+粒细胞比CD14+HLA-DRlow的细胞多。
Figure 6H)头颈鳞癌组织中NK细胞很少。
Figure 6I)分选外周血和肿瘤中CD15+和CD14+髓系细胞,与健康供体来源的NK细胞共培养,采用ELISpot技术检测NK细胞分泌IFNγ的能力,通过IFNγ分泌减少越多,说明髓系细胞对NK功能的抑制越强。
结果发现,肿瘤来源的髓系细胞对NK功能的抑制能力比外周血来源的髓系细胞强;肿瘤浸润的髓系细胞中,单核细胞比粒细胞对NK细胞的抑制能力强。
为了探究肿瘤来源髓系细胞抑制NK细胞的机制,在共培养体系中加入治疗措施,如果IFNγ分泌重新增加,说明该治疗措施能够逆转髓系细胞对于NK细胞的抑制。
结果发现,CD15+髓系细胞对NK细胞的抑制作用,能够被TGF-βmAb逆转,而不能被过氧化氢酶(抑制细胞外H2O2的产生)逆转;CD14+髓系细胞对NK细胞的抑制作用,能够被NOS抑制剂L-NMMA逆转,而不能被其它抑制剂逆转。
以上结果说明头颈鳞癌患者肿瘤组织中的CD15+和CD14+髓系细胞是M DSC,并且CD15+和CD14+亚群采用不同的机制抑制NK细胞。
文章的主要内容就介绍到这里啦,总结一下,作者想要证明:采用CXCR1/2抑制剂SX-682,阻断MDSC向肿瘤中转运,从而促进NK细胞治疗头颈癌。
    Figure 1中,作者首先选用小鼠模型,观察到脾脏和肿瘤中,NK细胞减少且功能减弱,MDSC增多,MDSC能够抑制NK细胞的杀伤能力。由于原代NK细胞获取有难度,作者在Figure 2中证明,NK细胞系KIL细胞可以作为工具细胞以供研究。因此,Figure 3采用KIL细胞进行机制研究,发现肿瘤局部的MDSC高表达TGF-β和超氧化物歧化酶SOD1和SOD1,阻断相关信号能够撤销MDSC对于KIL细胞的抑制。
    靶向MDSC是否能恢复NK细胞的功能呢?
    考虑到MDSC高表达CXCR1/2,Figure 4作者采用CXCR1/2抑制剂SX-682,结果发现,SX-682抑制MDSC向肿瘤组织中转运,从而恢复NK细胞活性。Figure 5进一步关注SX-682对肿瘤生长的影响,发现SX-682只有跟KIL细胞过继相联合,才能有效抑制肿瘤生长。Figure 6通过临床样本验证头颈鳞癌患者外周血和肿瘤组织中,MDSC很多,NK细胞很少,并且粒性MDSC通过TGF-β抑制NK,而单核性MDSC通过NOS抑制NK细胞。
参考文献
[1] Sarah Greene , Yvette Robbins , Wojciech K. Mydlarz , Angel P. Huynh , Nicole C. Schmitt , Jay Friedman , Lucas A. Horn , Claudia Palena , Jeffrey Schlom , Dean Y. Maeda , John A. Zebala , Paul E. Clavijo , Clint Allen, Inhibition of MDSC Trafficking with SX-682, a CXCR1/2 Inhibitor, Enhances NK-Cell Immunotherapy in Head and Neck Cancer Models, Clin Cancer Res (2020) 26 (6): 1420–1431.
撰文丨小Q
排版丨阿洛
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