葛伟玉1,2 , 岳铭1,2 , 林瑞榕1,2 , 王理伟1,2
1. 复旦大学附属肿瘤医院
2. 上海市肿瘤研究所
胰腺癌(Pancreatic cancer, PC)因其高侵袭性、复发率和治疗抵抗,导致了极高的死亡率,是最恶性的实体肿瘤。由于缺乏有效的治疗药物,大部分晚期胰腺癌患者仍依赖于以化疗为主的系统治疗,中位生存期仅有6~9个月。免疫治疗开创了肿瘤诊疗的新时代,延长了多种肿瘤患者的生存时间,改善了众多肿瘤患者的生活质量。然而,异质性的肿瘤微环境(Tumor microenvironment, TME)使未经筛选的胰腺癌病人对免疫治疗不敏感,进而致使胰腺癌的免疫治疗进入窘境。肿瘤微环境在胰腺癌发生发展、侵袭转移和耐药中具有重要的调控作用。胰腺癌微环境有别于其他肿瘤,其具有大量的间质成分和明显的肿瘤免疫抑制特征。肿瘤相关成纤维细胞(Cancer associated fibroblasts, CAFs)是胰腺癌微环境中最重要的间质细胞成分,可与微环境中免疫细胞和肿瘤细胞交互作用,重塑胰腺癌免疫微环境,促进肿瘤免疫逃逸并影响免疫治疗反应。因此探究胰腺癌免疫逃逸新机制,筛选出免疫治疗潜在获益人群,并制定新的免疫联合治疗策略是本研究的主要目的。
在本研究中,我们通过单细胞测序、多组学分析、ELISA、流式细胞荧光分选、多通道流式检测、多重免疫组织荧光以及各种体内外实验等方法展开研究。基于课题组前期单细胞测序数据所新定义的代谢型CAF亚群(Metabolic cancer-associated fibroblasts, meCAFs),进一步通过细胞通讯(CellChat)分析发现meCAFs是松散型胰腺癌中与CD8+ T细胞相互作用最密切的细胞群体,并且与肿瘤样本中CD8+ T细胞比例正相关。然而meCAFs与肿瘤浸润的CD8+ T细胞存在怎么的相互作用关系及其具体的调控机制并不清楚。因此,在本研究中我们进一步探究了meCAFs与胰腺癌免疫微环境特征的关系,证实了胰腺癌组织的广泛纤维化特征,且CAFs的富集程度与胰腺癌患者较短的生存时间相关。同时,我们明确了胰腺癌组织间质中CAFs呈现显著的异质性,且主要存在肌纤维母细胞亚群(myofibroblastic CAFs, myCAFs) 、炎性亚群(inflammatory CAFs, iCAFs) 、抗原提呈亚群(antigen-presenting CAFs, apCAFs)和meCAFs四种CAF亚群。进一步的富集分析表明meCAFs具有降解细胞外基质的潜在功能。接着,我们通过流式细胞分选得到原代meCAFs,并检测其分子学特征和代谢状态,证实了meCAFs的高糖酵解水平,并明确了PLA2G2A可以作为meCAFs的标记物。其中,我们发现PLA2G2A主要高表达于胰腺癌组织松散区域的肿瘤细胞和间质中。然后我们通过多重免疫组织荧光发现在PLA2G2A高表达的胰腺癌组织中,尽管CD8+ T细胞数量增多,但大部分都被meCAFs等间质细胞阻隔在肿瘤细胞外,极少能到达肿瘤细胞周边发挥杀伤作用。我们进一步的体外实验证明了相对于其他的CAFs细胞, PLA2G2A+ meCAFs能显著抑制CD8+ T细胞杀伤肿瘤能力,导致其分泌的干扰素γ(IFN-γ)和颗粒酶素B(GranzymeB)水平显著降低。另外,我们还收集了人的胰腺癌新鲜样本进行体内验证,证明了相比于PLA2G2A+ CAF富集低的胰腺癌组织,PLA2G2A+ CAF高富集的胰腺癌组织中浸润的CD8+ T细胞表达杀伤性细胞因子(IFN-γ和 Granzyme B),免疫检查点以及共刺激分子都显著下调,提示CD8+ T细胞的抗肿瘤能力减弱。在小鼠胰腺癌体内模型中,我们也得到了与体外结果一致的结论,过表达Pla2g2a的CAF细胞能显著促进肿瘤生长和转移,并且抑制肿瘤组织浸润的CD8+ T细胞表达杀伤性细胞因子IFN-γ和Granzyme B,同时降低其耗竭分子以及共刺激分子的表达。机制上,我们通过RNA-seq测序、qRT-PCR和western blotting等体内外实验验证了PLA2G2A作为核心调控分子通过MAPK/Erk和NF-κB信号通路调控CD8+ T细胞功能的机制。
总之,本研究鉴定了PLA2G2A+ meCAFs的分子学特征和代谢状态,并证明了PLA2G2A+ meCAFs通过旁分泌PLA2G2A调控CD8+ T细胞的MAPK/Erk和NF-κB信号通路,减弱其抗肿瘤作用,从而介导肿瘤免疫逃逸的新机制,确立了PLA2G2A作为 meCAFs的生物标志物以及对其功能调控的核心地位,为胰腺癌免疫治疗提供了新生物标志物和治疗靶点。