肿瘤微环境中巨噬细胞脂质感知受体OR51E2调控抗肿瘤免疫的新机制

本研究针对肿瘤相关巨噬细胞(TAMs)的促肿瘤表型调控机制这一关键科学问题，通过全基因组CRISPR筛选首次揭示了嗅觉受体(ORs)和犁鼻器受体(VNRs)作为脂质感知受体在TAM功能调控中的核心作用。研究人员发现前列腺癌微环境中的棕榈酸通过激活巨噬细胞表达的OR51E2受体，驱动免疫抑制性TAMs的形成；通过基因敲除和13-顺式维甲酸(13-cRA)拮抗干预，成功重塑肿瘤免疫微环境，增强CD8+ T细胞抗肿瘤活性。该研究为靶向TAMs的癌症免疫治疗提供了新靶点。

在肿瘤微环境的复杂生态中，巨噬细胞如同"双面间谍"——既能对抗肿瘤，又常被癌细胞"策反"为帮凶。这种被称为肿瘤相关巨噬细胞(TAMs)的群体，通过分泌免疫抑制因子和促进血管生成等方式助纣为虐。尽管科学家们早已意识到重编程TAMs是癌症治疗的新机遇，但癌细胞究竟如何"驯化"巨噬细胞的分子机制始终迷雾重重。更令人困惑的是，针对TAMs的CSF1R抑制剂临床疗效有限，暗示着存在未知的关键调控通路等待揭示。

意大利Humanitas临床与研究中心的Giulia Marelli、Diletta Di Mitri团队在《Nature Immunology》发表的研究，通过创新性地将全基因组CRISPR筛选技术应用于原代巨噬细胞研究，意外发现了一类曾被忽视的"分子嗅觉器"——嗅觉受体家族在TAMs功能调控中的核心作用。研究人员构建了Pten^pc-/-;Trp53^pc-/-前列腺癌模型，通过单细胞RNA测序(scRNA-seq)和流式分析发现肿瘤组织中CD206^brightMHCII^-免疫抑制性TAMs显著增加。

为系统解析肿瘤细胞驯化巨噬细胞的机制，研究团队采用Rosa26-Cas9小鼠的原代骨髓来源巨噬细胞(BMDMs)进行全基因组CRISPR筛选，通过比较CD206^brightMHCII^-与CD206^-MHCII⁺巨噬细胞亚群的sgRNA分布，首次发现嗅觉受体Olfr644(Or51a43)和犁鼻器受体Vmn2r29是调控TAMs表型的关键负调节因子。基因敲除实验证实，缺失这些受体的巨噬细胞在肿瘤条件培养基诱导下，精氨酸酶1(ARG1)表达降低70%，而MHCII表达提升2.3倍，且失去抑制CD8⁺ T细胞增殖的能力。

研究进一步通过三种关键技术手段验证发现：在动物模型中，静脉输注Olfr644^-/-巨噬细胞使肿瘤体积缩小58%；13-顺式维甲酸(13-cRA)药理抑制可使TAMs中CD39⁺细胞比例下降40%；人类前列腺癌组织空间脂质组学显示，棕榈酸在肿瘤区域的含量是正常组织的3.2倍，且与CD68⁺ TAMs空间共定位。

分子机制研究发现，棕榈酸作为OR51E2的内源性配体，可诱导钙离子内流和cAMP反应元件(CRE)激活。在人类THP1巨噬细胞中，OR51E2敲除使棕榈酸诱导的HLA-DR下调被完全逆转。空间转录组分析进一步揭示，棕榈酸富集区域存在显著的"脂质负载TAMs"特征基因表达。

这项研究的重要意义在于：

1. 发现了一类全新的巨噬细胞环境感知机制——通过化学感受器受体解码脂质信号；
2. 确立了OR51E2-棕榈酸轴作为前列腺癌免疫逃逸的关键通路；
3. 为开发靶向TAMs的"嗅觉受体拮抗剂"提供了理论依据。

研究采用的三大关键技术包括：1)基于Rosa26-Cas9小鼠的原代巨噬细胞全基因组CRISPR筛选；2)结合质谱成像的空间脂质组学分析人类前列腺癌活检组织；3)利用Visium CytAssist平台的空间转录组技术解析TAMs异质性。

主要研究结果：
Macrophages exposed to cancer cells adopt a protumoral state
通过建立前列腺癌转基因和原位移植模型，发现肿瘤组织中CD206^brightMHCII^- TAMs增加3倍，伴随ARG1表达上调。体外实验证实肿瘤条件培养基可使巨噬细胞获得抑制CD8⁺ T细胞增殖的能力。

Genome-wide CRISPR screen identifies TAM regulators
CRISPR筛选鉴定出94个嗅觉受体和36个犁鼻器受体基因作为TAMs表型调控因子，其中Stat6敲除使巨噬细胞促炎因子IL-12表达增加4.5倍。

Chemosensor-coding genes regulate macrophage functional status
Olfr644和Vmn2r29敲除使巨噬细胞在卵巢癌(ID8)和乳腺癌(4T1)条件培养基中MHCII⁺细胞比例提升2.1倍。

Deletion of chemosensors in macrophages affects tumor growth
在体内实验中，输注Olfr644^-/-巨噬细胞使肿瘤内CD8⁺CD39⁺ T细胞增加80%，Treg细胞减少45%。

OR51E2 is expressed by human TAMs
人类前列腺癌组织中，OR51E2在68%的CD68⁺ TAMs中表达，且与肿瘤分级正相关。

Palmitic acid activates OR51E2 and shapes macrophage function
双报告基因实验显示棕榈酸可使OR51E2介导的CRE活性增强3.7倍，该效应在受体敲除后被消除。

这项研究从根本上改变了人们对巨噬细胞环境感知机制的认识，首次证明化学感受器受体家族是连接肿瘤脂质代谢与免疫抑制的关键分子开关。特别值得注意的是，研究发现不同肿瘤类型(前列腺癌、卵巢癌、乳腺癌)可能通过保守的脂质-受体信号轴调控TAMs，这为开发广谱免疫治疗策略提供了新思路。临床转化方面，研究揭示的13-cRA对OR51E2的拮抗作用，为老药新用提供了理论支持。空间多组学技术的创新应用，也为解析肿瘤微环境中免疫细胞-代谢物互作网络树立了新范式。