Nature | 巨噬細胞激活促進乳腺-腦轉(zhuǎn)移瘤產(chǎn)生藥物抗性

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撰文：驕陽似我

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本文在小鼠乳腺-腦轉(zhuǎn)移模型中，使用集落刺激因子1受體（CSF1R）抑制劑BLZ945桐汤，在轉(zhuǎn)移級聯(lián)的不同階段靶向TAM碳想，可在預(yù)防和干預(yù)臨床前試驗中產(chǎn)生抗腫瘤反應(yīng)拣凹。然而冻辩，在已證實的腦轉(zhuǎn)移瘤中女器，代償性CSF2Rb–STAT5介導的促炎性TAM激活通過誘導與促進腫瘤復(fù)發(fā)的傷口修復(fù)反應(yīng)相關(guān)的神經(jīng)炎癥基因特征減弱了CSF1R抑制的最終療效滨溉。因此骨田，通過AC4-130阻斷CSF1R并抑制STAT5信號重贺，可導致持續(xù)的腫瘤控制骑祟、小膠質(zhì)細胞激活狀態(tài)的正郴嘏常化和神經(jīng)元損傷的改善。

腦轉(zhuǎn)移瘤（BrM）是成年人最常見的顱內(nèi)腫瘤曾我，10–40%的癌癥患者發(fā)生BrM粉怕。黑色素瘤、乳腺癌和肺癌的BrM發(fā)病率最高抒巢。盡管顱外原發(fā)腫瘤的治療取得了進展贫贝，但播散性疾病的治療選擇仍然有限，主要依賴于包括手術(shù)切除蛉谜、放療和/或化療在內(nèi)的多模式方法稚晚。免疫療法在幾種非腦腫瘤中的成功使人們對腦腫瘤（包括膠質(zhì)母細胞瘤和BrM）的更有效治療選擇相當樂觀。然而型诚，作為侵襲性原發(fā)性腦腫瘤的單一療法客燕，旨在激活針對腫瘤細胞的T細胞反應(yīng)的策略在很大程度上失敗了，并且根據(jù)原發(fā)性腫瘤類型狰贯，在BrM患者中顯示出低或中度療效也搓。不良反應(yīng)率可部分歸因于中樞神經(jīng)系統(tǒng)（CNS）的高度免疫抑制環(huán)境。

TAM是乳腺BrM中一種豐富的非癌細胞類型涵紊，起源于腦駐留小膠質(zhì)細胞（TAM-MG）或單核細胞衍生巨噬細胞（TAM-MDM）傍妒，在BrM中表現(xiàn)出免疫調(diào)節(jié)表型。TAM也被證明能促進遠處癌細胞的外滲摸柄。因此治療性靶向TAM代表了一種有吸引力的策略颤练，可以阻斷腫瘤-基質(zhì)相互作用，并調(diào)節(jié)針對癌細胞的免疫反應(yīng)驱负。針對特定TAM群體的遺傳學方法表明TAM-MG在BrM進展中起著重要作用嗦玖。此外，臨床前研究表明跃脊，使用CSF1R抑制劑的TAM導向療法降低了乳腺癌細胞的侵襲宇挫，并對膠質(zhì)母細胞瘤、黑色素瘤-BrM和腦內(nèi)注射的4T1乳腺癌細胞產(chǎn)生了抗腫瘤效果匾乓。然而捞稿，以前在BrM模型中的研究評估了TAM在遺傳或藥物干預(yù)后單個時間點的靶向效應(yīng)，而沒有詢問長期療效或潛在的適應(yīng)性耐藥機制和不良反應(yīng)拼缝。

近期，在Nature雜志上發(fā)表了一篇名為“Compensatory CSF2-driven macrophage activation promotes adaptive resistance to CSF1R inhibition in breast-to-brain metastasis”的文章彰亥，評估了納入BrM不同階段的不同臨床前試驗設(shè)計中TAM靶向療法的療效咧七。

首先分析了不同原發(fā)腫瘤患者BrM組織陣列中CSF1R+細胞的豐度，包括小細胞肺癌（SCLC）任斋、非小細胞肺癌（NSCLC）继阻、腎細胞癌、黑色素瘤、結(jié)腸癌和乳腺癌瘟檩。觀察到CSF1R+免疫細胞在所有分析的BrM病變中高度浸潤抹缕。在這些樣本中，CSF1R+細胞與IBA1表達有相當大的重疊墨辛，表明大多數(shù)CSF1R+細胞來源于單核細胞/巨噬細胞系卓研。對乳腺癌BrM和NSCLC BrM全組織切片的分析證實，在TAM-MG和TAM-MDM中睹簇，CSF1R的表達比例很大奏赘，而CSF1R+的非免疫細胞很少。圖1：CSF1R在人和小鼠腦轉(zhuǎn)移瘤中的表達太惠。

接下來測定了異種移植物MDA BrM和基因99LN BrM小鼠模型中TAM的定位和形態(tài)磨淌。TAM激活與細胞形態(tài)的逐漸變化相關(guān)。將MDA BrM腫瘤中的TAM-MG和TAM-MDM分別與具有正常MG或血單核細胞的無瘤動物的相應(yīng)對照進行比較分析凿渊，發(fā)現(xiàn)TAM-MG中有966個差異表達基因（DEG）梁只，TAM-MDM中有2863個差異表達基因（DEG）；其中500個在兩個群體之間共享埃脏。對兩個TAM群體中富集的500個基因進行了聚類和基因本體分析搪锣。與最近對患者腦部惡性腫瘤的分析一致，小鼠TAM-MDM表現(xiàn)出抗原呈遞剂癌、組織重塑和免疫調(diào)節(jié)基因集以及有絲分裂和細胞分裂的高表達淤翔，而TAM-MG顯示出與創(chuàng)傷反應(yīng)和神經(jīng)過程調(diào)節(jié)相關(guān)的基因更豐富。在TAM-MG和TAM-MDM中佩谷，與中樞神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育旁壮、代謝和白細胞募集的負調(diào)控相關(guān)的信號顯示出類似的誘導。圖2：小鼠BrM中TAM表現(xiàn)出炎癥表型谐檀。

接下來試圖研究初次接觸MG后BrM細胞命運的后果抡谐，并采用使用血腦屏障（BBB）滲透性CSF1R抑制劑BLZ945的MG消耗策略。從載體處理的小鼠分離的腦切片中的MG顯示出朝向外源性添加的99LN BrM細胞的定向運動桐猬，延伸突起以觀察癌細胞表面麦撵。為了評估體內(nèi)BBB中是否存在明顯的BrM細胞與MG的相互作用，在心內(nèi)注射BrM細胞之前用BLZ945或賦形劑治療小鼠7天溃肪，并分析其外滲情況免胃。觀察到BLZ945治療的動物在24和48小時內(nèi)99LN BrM細胞外滲顯著減少。在48小時的MDA BrM模型中觀察到類似的結(jié)果惫撰。與體外分析一致羔沙，在BLZ945處理的小鼠中檢測到BrM細胞和MG在外滲部位的直接相互作用較少。體外BBB分析進一步證實厨钻，原代MG或MG細胞系EOC2的加入增加了99LN BrM和MDA BrM細胞系的遷移潛能扼雏，BLZ945顯著降低了這一潛能坚嗜。確定BBB遷移受損是否會導致BrM降低發(fā)生率或延遲生長，跟蹤BLZ945治療后的BrM進展诗充。評估了99LN BrM和MDA BrM模型的總體存活率苍蔬，并發(fā)現(xiàn)在兩種模型中，在BLZ945治療下發(fā)生BrM的小鼠的腫瘤發(fā)病顯著延遲蝴蜓。這導致在MDA BrM模型中BLZ945治療動物的中位生存期顯著延長碟绑。

圖3：MG支持轉(zhuǎn)移定植的初始步驟。

在已建立的BrM和分層荷瘤小鼠（初始腫瘤體積相似）中評估CSF1R抑制對載體或BLZ945治療組的影響励翼。然后每天給小鼠治療一次蜈敢，持續(xù)7天或直到出現(xiàn)癥狀。在治療開始后的第4天和第7天或每周直到試驗結(jié)束時測量腫瘤進展汽抚。通過生物發(fā)光成像（BLI）或磁共振成像（MRI）進行的成像顯示抓狭，BLZ945在大多數(shù)治療動物中阻止了腫瘤的生長，有幾只小鼠出現(xiàn)了大型BrM病變的消退造烁。雖然CSF1R抑制導致治療開始后d4和d7出現(xiàn)初始腫瘤反應(yīng)否过，但隨后在兩種模型中均檢測到BrM再生。因此惭蟋，在兩種BrM模型中均未觀察到對中位生存率的顯著影響苗桂。腫瘤細胞中下調(diào)的DEG主要與DNA修復(fù)、細胞周期或轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)有關(guān)告组，或代表參與創(chuàng)傷修復(fù)煤伟、腫瘤生長和侵襲性的受體酪氨酸激酶∧痉欤基因本體分析進一步證實便锨，細胞周期調(diào)控和增殖基因集是BLZ945治療后MDA BrM下調(diào)基因集ORA中的前20條途徑之一。值得注意的是我碟，上調(diào)的DEG含有多個在CNS細胞中富集的基因放案。其中，PCDH20矫俺、BTBD6和TMEM158分別參與CNS細胞間通訊吱殉、神經(jīng)元分化和神經(jīng)元存活±逋校基因集富集分析（GSEA）還證明了體內(nèi)BLZ945治療后腫瘤細胞中“神經(jīng)元分化調(diào)節(jié)”（GO0045666）和“參與神經(jīng)元分化的細胞形態(tài)發(fā)生”（GO0048812）基因集的表達變化友雳。組織學評估證實，在99LN BrM模型中铅匹，BLZ945處理的動物腫瘤細胞中沥阱，GPR153、PCDH20和TMEM158的表達較高伊群。這些數(shù)據(jù)共同表明了一種神經(jīng)元模仿的形式考杉，這可能代表了腦轉(zhuǎn)移腫瘤細胞整合到支持細胞存活的CNS細胞-細胞通訊回路的一般特征，在這種情況下舰始，作為對TAM耗竭的適應(yīng)崇棠。圖4：CSFLR抑制對腫瘤生長和BrM細胞轉(zhuǎn)錄程序的影響。

通過直接比較受BLZ945誘導的細胞死亡保護的TAM亞群（約35%的TAM）的表達與其載體處理的對應(yīng)物丸卷，研究了在CSF1R抑制時介導該表型的假定信號通路枕稀。DEG的無偏ORA分析顯示，在BLZ945處理的MG中谜嫉，CSF2Rb-和STAT5相關(guān)通路的過度表達萎坷，指示從CSF1R到CSF2Rb的轉(zhuǎn)換–STAT5下游信號。觀察到MMP14（一種與神經(jīng)炎癥脫髓鞘相關(guān)的蛋白酶）產(chǎn)生相關(guān)的通路的誘導沐兰。此外數(shù)據(jù)還表明哆档，IL-4驅(qū)動的通路增加，這些通路先前與長期抑制CSF1R的復(fù)發(fā)性膠質(zhì)母細胞瘤的傷口愈合過程相關(guān)住闯。另外瓜浸，已知CSF2R下游基因的高表達和轉(zhuǎn)錄因子的激活也證實了CSF2R信號的激活。為了進一步驗證CSF1R阻斷導致CSF2Rb–STAT5信號軸的代償性誘導比原，比較了載體和BLZ945治療動物的TAM中的基因表達與MG中已發(fā)表的CSF1和CSF2特征插佛。GSEA證實，尤其是BrM中7d BLZ945處理的TAM-MG表達CSF2激活的信號量窘，而載體處理的TAM-MG顯示與CSF1激活相關(guān)的信號雇寇。從用BLZ945治療超過7天的小鼠分離的樣本中，表明補償性CSF2Rb信號的基因特征仍然很明顯蚌铜。與TAM-MG相比锨侯，TAM-MDM在體內(nèi)CSF1R抑制后缺乏CSF2基因標記富集，盡管兩種細胞類型在CSF1R抑制的情況下都顯示CSF2靶基因和STAT5轉(zhuǎn)錄因子活性上調(diào)厘线，在體外對CSF2作出反應(yīng)并表達CSF2R亞單位Csf2ra和Csf2rb识腿。由于CSF2Rb是CSF2R的常見亞單位，IL3R和IL5R造壮，檢查觀察到的效應(yīng)是否由CSF2渡讼、IL-3或IL-5介導。圖5：?CSF1R抑制誘導補償性CSF2介導的TAM激活耳璧。

接下來研究了聯(lián)合抑制CSF1R和CSF2Rb–STAT5下游信號是否可以阻止BrM在對BLZ945產(chǎn)生初始反應(yīng)后的再生成箫。選擇使用CSF2中和抗體在CSF2水平靶向CSF2Rb–STAT5信號，或使用先前描述的STAT5抑制劑AC4-130在下游靶向CSF2Rb–STAT5信號旨枯。與載體組相比蹬昌，使用CSF2抗體或AC4-130在體內(nèi)聯(lián)合阻斷CSF1R和CSF2Rb–STAT5通路，可顯著改善腫瘤控制攀隔。比較這兩種方法皂贩，發(fā)現(xiàn)在試驗結(jié)束時栖榨，在一些動物中，對CSF1R和CSF2的特異性抑制仍然是允許腫瘤生長的明刷，這在結(jié)合CSF1R和STAT5抑制時發(fā)生頻率較低婴栽。雖然還觀察到，與載體組相比辈末，AC4-130或BLZ945單藥治療最初的生長率降低愚争，但在隨后的時間點，這在控制腫瘤生長方面并不有效挤聘。同樣轰枝，單獨抗CSF2治療不會影響腫瘤生長。圖6：CSFLR阻斷聯(lián)合CSF2或STATS抑制可增強抗腫瘤控制组去。

接下來評估了BLZ945單藥治療后促炎細胞因子產(chǎn)生的增加是否會影響神經(jīng)元表型鞍陨。評估了正常大腦皮層中囊泡谷氨酸轉(zhuǎn)運體VGLUT1和囊泡GABA轉(zhuǎn)運體VGAT的密度，以研究治療對興奮性和抑制性神經(jīng)遞質(zhì)的影響添怔。觀察到所有實驗組中VGLUT1-和VGAT陽性小泡的密度相似湾戳。這導致VGLUT1/VGAT比率向相對過量的興奮性VGLUT1小泡方向移動。值得注意的是广料，觀察到在溶媒和BLZ945+AC4-130處理的動物中砾脑，VGLUT1/VGAT比率最低，接近正常大腦中的值艾杏。為了評估對神經(jīng)元的潛在影響韧衣，利用透射電子顯微鏡來評估髓鞘和軸突形態(tài)的完整性」荷＃總之畅铭，數(shù)據(jù)表明，聯(lián)合靶向CSF1R和STAT5可導致持續(xù)的腫瘤控制勃蜘，伴隨著TAM和小膠質(zhì)細胞群的表型正乘敦化以及觀察到的軸突形態(tài)的逆轉(zhuǎn)。圖7：聯(lián)合CSFLR和STAT5抑制導致TAM表型正崇怨保化炉擅。

鑒于腫瘤相關(guān)免疫細胞和基質(zhì)細胞的關(guān)鍵作用，腫瘤微環(huán)境靶向療法代表了與標準療法或單一療法相結(jié)合的有希望的干預(yù)策略阳惹。一個主要焦點是開發(fā)基于T細胞的免疫療法谍失，包括免疫檢查點阻斷和CAR T細胞療法；然而莹汤，許多癌癥類型的特點是T細胞含量低或腫瘤中的大多數(shù)T細胞不能執(zhí)行細胞毒性T細胞反應(yīng)快鱼。排除T細胞的腫瘤通常被髓樣細胞高度浸潤，這與建立允許癌癥的免疫抑制環(huán)境有關(guān)。TAM是原發(fā)性和轉(zhuǎn)移性腦腫瘤中最豐富的非癌細胞類型之一抹竹，因此代表了一個明顯的治療目標线罕。本文證明了用CSF1R抑制劑BLZ945靶向TAM可延遲腦轉(zhuǎn)移的發(fā)生，并導致初始腫瘤反應(yīng)和已確定轉(zhuǎn)移的暫時停滯柒莉。

作者介紹：

Lisa Sevenich

2006年?10月至?2010年4月在德國弗萊堡地區(qū)分子醫(yī)學與細胞研究所攻讀博士學位闻坚，研究組織蛋白酶在生理過程和疾病發(fā)展中的體內(nèi)功能。2010年9月至2021年10月在斯隆凱特林癌癥紀念中心攻讀博士后學位兢孝，研究項目集中于理解腫瘤-基質(zhì)相互作用在調(diào)控位點特異性轉(zhuǎn)移中的作用。其目的是確定潛在的治療目標仅偎，以改善目前的護理治療標準跨蟹，尤其是針對腦轉(zhuǎn)移。2015年8月至今在德國法蘭克福斯隆凱特林癌癥紀念中心分子醫(yī)學與細胞研究所擔任項目組長橘沥。該研究小組主要研究解剖腦轉(zhuǎn)移中先天免疫和過繼免疫之間的復(fù)雜相互作用窗轩，以改善腫瘤微環(huán)境靶向或免疫治療。

參考文獻：

Florian Klemm座咆，Aylin M?ckl痢艺，Lisa Sevenich et al. Compensatory CSF2-driven macrophageactivation promotes adaptive resistance to CSF1R inhibition in breast-to-brain metastasis[J].Nature Cancer | VOL 2 | October 2021 | 1086–1101 |