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本研究针对肿瘤相关中性粒细胞(TANs)的促瘤特性,通过特异性敲除Stat3基因(Ly6GcreStat3f/f小鼠模型)和临床样本验证,揭示STAT3信号是调控中性粒细胞表型转换的关键开关。研究人员采用CpG-STAT3ASO靶向治疗、单细胞流式分析和患者来源肿瘤外植体等技术创新性证明:抑制STAT3可使TANs获得MHCIIhi/CD80hi/ICAM-1hi的抗肿瘤表型,显著增强CD8+ T细胞(IFN-γhi/GZMBhi)的细胞毒性,为肿瘤免疫治疗提供新靶点。该成果发表于《Signal Transduction and Targeted Therapy》。
肿瘤免疫治疗领域长期忽视的中性粒细胞,这个人体最丰富的先天免疫细胞群体,在肿瘤中扮演着"双面角色"——既可抑制肿瘤生长,又能促进转移。近年研究发现,肿瘤相关中性粒细胞(TANs)会随病程进展从抗肿瘤的"N1型"转变为促肿瘤的"N2型",但调控这一表型转换的关键分子机制尚不明确。更棘手的是,现有免疫治疗策略往往忽视中性粒细胞的可塑性,缺乏特异性靶向方案。
STAT3信号通路作为肿瘤微环境中的"多面手",在免疫细胞中持续激活会导致免疫抑制。Irem Ozel等研究者通过临床数据分析发现:头颈癌(HNC)和黑色素瘤患者的TANs中,磷酸化STAT3(pSTAT3)水平显著升高,且与患者不良预后正相关。体外实验证实,用TGF-β等因子诱导的促瘤N2型中性粒细胞表现出STAT3高活化,而IFN-β诱导的抗瘤N1型则呈现STAT1优势激活。这些线索提示,STAT3可能是决定中性粒细胞功能极化的"分子开关"。
为验证这一假说,研究团队构建了中性粒细胞特异性Stat3敲除小鼠(Ly6GcreStat3f/f),在MOPC(头颈癌)和B16-F10(黑色素瘤)移植瘤模型中发现:Stat3缺失使肿瘤生长减缓50%以上,肺转移灶减少3倍。机制研究发现,Stat3缺陷型TANs表现出三大特征改变:(1)表面共刺激分子MHCII、CD80/86和黏附分子ICAM-1表达上调;(2)促血管生成和NETs形成能力减弱;(3)凋亡增加且活性氧(ROS)产生增强。单细胞转录组分析显示,这些TANs中干扰素信号通路和抗原提呈相关基因显著富集。
最关键的突破在于发现Stat3缺陷型TANs能重塑肿瘤免疫微环境。通过高维流式分析,研究者观察到肿瘤引流淋巴结(TDLNs)中涌现出大量具有"杀手"特征的CD8+ T细胞亚群(IFN-γhiGZMBhiperforinhi),其增殖标志Ki67表达量比野生型高2倍。当用抗体清除CD8+ T细胞后,Stat3敲除小鼠的抗肿瘤效应完全消失,证实该过程依赖细胞毒性T细胞应答。
临床转化方面,研究团队采用两种策略:(1)用小分子抑制剂LLL12阻断患者中性粒细胞的STAT3磷酸化,与自体CD8+ T细胞共培养后,对UT-SCC-50肿瘤细胞的杀伤效率提升40%;(2)设计TLR9靶向的CpG-STAT3ASO,通过瘤内注射选择性沉默小鼠TANs中的Stat3,重现了基因敲除模型的抗肿瘤效果。这种精准靶向方案避免全身抑制STAT3的毒副作用,为临床开发奠定基础。
关键技术方法包括:①建立Ly6GcreStat3f/f条件性敲除小鼠模型;②采用患者来源肿瘤外植体(34例HNC患者)进行功能性验证;③高参数单细胞流式(28色)分析免疫细胞亚群;④CpG-STAT3ASO寡核苷酸靶向递送系统;⑤显微成像定量转移灶和免疫细胞空间分布。
研究结果精要:
临床相关性发现:通过分析GSE83519等数据库,证实STAT3在HNC患者TANs中高表达,且与NCF2等中性粒细胞标志物正相关(p<0.0001)。免疫荧光显示高pSTAT3+ TANs患者5年生存率降低60%。
基因敲除模型验证:Stat3缺陷使TANs的PD-L1表达下降70%,而MHCII提升3倍。RNA-seq揭示干扰素信号通路基因(如Irf1、Stat1)上调,血管生成相关基因(Vegfa、Mmp9)下调。
免疫调控机制:Stat3-/- TANs通过ICAM-1/LFA-1轴增强与CD8+ T细胞相互作用,促进其分泌颗粒酶B(提升2.5倍)和穿孔素。
治疗策略创新:CpG-STAT3ASO处理使野生型小鼠肿瘤缩小45%,效果与基因敲除相当,且显著增加TDLNs中GZMKhi效应T细胞比例。
结论与展望:该研究首次阐明中性粒细胞STAT3信号通过双重机制促进肿瘤进展——既维持自身促瘤表型,又抑制CD8+ T细胞功能。创新性提出的CpG-STAT3ASO靶向策略,为克服现有免疫检查点抑制剂耐药提供新思路。未来需探索STAT3抑制与PD-1阻断的协同效应,并优化寡核苷酸递送效率。这项工作将中性粒细胞重新定义为可调控的免疫治疗靶点,为"冷肿瘤"变"热"提供理论依据。
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