2024年12月4日，來自國加州大學的Lawrence Fong團隊，在國際期刊Nature（IF：50.5）發表了題為“ Evolution of myeloid-mediated immunotherapy resistance in prostate cancer"的研究性論文。研究人員利用單細胞RNA測序技術，通過對處于不同疾病階段的前列腺癌患者腫瘤樣本活檢的分析發現，SPP1高表達的腫瘤相關巨噬細胞 （SPP1hi-TAM） 亞群隨疾病進展而富集。并通過腺苷信號通路抑制CD8+ T細胞活性，最終導致免疫治療的耐藥性。研究進一步表明，阻斷腺苷A2A受體（A2AR）不僅可以有效降低SPP1hi-TAMs的免疫抑制作用，還顯著提高了免疫檢查點抑制劑PD1等的療效。強調了SPP1hi-TAM作為治療靶點和預測治療效果的潛在生物標志物的重要性。
前列腺癌是最常見的男性惡性腫瘤，雄激素剝奪療法（ADT） 最初可引起臨床反應，但大多數晚期前列腺癌患者最終進展為轉移性去勢抵抗性前列腺癌（mCRPC） 并死于這種疾病。近年來，針對CTLA-4、PD-1和PD-L1的免疫檢查點抑制劑 （ICIs） 已被批準治療多種癌癥，但mCRPC患者對此療法通常不盡人意。腫瘤微環境 （TME） 是促進多種惡性腫瘤免疫治療耐藥中扮演重要校色，大量證據表明髓系細胞如腫瘤相關巨噬細胞（TAMs） 和髓系抑制性細胞（MDSCs） 可通過多種機制介導前列腺癌的免疫抑制，這些細胞的豐度在ADT后顯著增加，這意味著它們在mCRPC中具有驅動免疫治療耐藥的作用。然而，這些髓系細胞種類多樣、功能復雜，使得針對它們的治療策略面臨巨大挑戰。例如，盡管CSF1R（集落刺激因子1受體）阻斷劑曾被寄予厚望，但在臨床試驗中未能顯著改善患者的預后。如何深入理解髓系細胞在前列腺癌免疫抑制中的具體機制，成為破解治療耐藥難題的關鍵。
在癌癥研究中，髓系細胞一直是一把“兩面劍"。它們在健康狀態下負責維持免疫平衡，但在癌癥環境中卻常被腫瘤“招募"并“改造"，成為促進腫瘤生長和免疫抑制的幫兇。特別是在前列腺癌的腫瘤微環境中，髓系細胞不僅數量眾多，功能也復雜多樣，包括腫瘤相關巨噬細胞（tumor-associated macrophages, TAMs）、髓系抑制細胞（myeloid-derived suppressor cells, MDSCs）和樹突狀細胞（dendritic cells, DCs）等。研究發現，這些髓系細胞通過釋放多種免疫抑制因子（如IL-10、TGF-β）和代謝產物（如腺苷），削弱了T細胞和自然殺傷細胞（NK細胞）的抗腫瘤活性。然而，髓系細胞并不是單一的群體，而是一個異質性高的“大家族"。例如，TAMs就分為M1型（促炎性、抗腫瘤性）和M2型（抗炎性、促腫瘤性），它們的比例和功能會隨著腫瘤的進展而動態變化。這種復雜性使得針對髓系細胞的治療策略面臨巨大挑戰。
為了確定在疾病進展過程中起作用的免疫抑制性細胞，他們對不同階段 （ADT初治局部非轉移性、ADT敏感轉移性、mCRPC） 的前列腺癌患者的腫瘤活檢樣本進行scRNA-seq，髓系細胞被細分為14種亞群，包括8種巨噬細胞亞群、2種髓系抑制細胞亞群和3種樹突狀細胞亞群等。其中發現一組以SPP1高表達、免疫抑制分子程序上調、集落刺激因子-1受體 （CSF1R） 轉錄水平顯著降低為特征的SPP1高度表達巨噬細胞亞群 （SPP1hi-TAM） 隨疾病進展顯著增加，此外，體外培養結果顯示這群細胞以密度依賴的方式顯著抑制T細胞增殖，且導致IFN-γ+TNF-α+ CD8+ T細胞的頻率顯著降低，提示SPP1hi-TAM可能是mCRPC免疫治療耐藥的潛在驅動因素。
作者進一步在小鼠模型中驗證人類研究結果，并探索Spp1hi-TAMs對免疫治療抵抗的作用。使用MyC-CaP小鼠前列腺癌模型進行單細胞RNA測序，并通過流式細胞術驗證結果。在小鼠前列腺癌中也識別出與人類SPP1hi-TAMs相似的Spp1hi-TAMs，其表達Spp1、Cd9和Lgals3轉錄本水平升高，而Csf1r、Mrc1、Cx3cr1和Cd163表達降低。Spp1hi-TAMs對CSF1R阻斷治療表現出抵抗性，其數量在治療后未顯著減少。Spp1hi-TAMs在小鼠前列腺癌中表現出較高的免疫抑制基因表達特征。
為了探究SPP1hi-TAM促進免疫治療耐藥性的機制，該團隊進一步分析了人類和小鼠前列腺癌的scRNA-seq數據集，發現缺氧途徑顯著激活，已知缺氧可通過上調CD39和CD73促進腫瘤細胞外腺苷的積累，與腺苷受體A2ARs和A2BRs結合后可通過胞內cAMP啟動下游免疫抑制信號傳導，降低T細胞和NK細胞抗腫瘤活性。為了直接測試SPP1hi-TAM是否是通過腺苷抑制T細胞活性，他們將其與CD8+ T細胞在A2ARs的小分子抑制劑ciforadenant以及CD73的阻斷抗體存在下共培養，這兩種處理均會導致SPP1hi-TAM介導的T細胞抑制顯著降低，表明了腺苷信號通路在SPP1hi-TAMs介導的免疫抑制中起關鍵作用。基于此發現，他們隨后檢查了用ciforadenant治療攜帶CRPC的小鼠是否可以改變體內的抗腫瘤反應，發現SPP1hi-TAM數量和CRPC生長都顯著降低，將該抑制劑與抗PD-1抗體聯合使用能增強CD8+T細胞的瘤內浸潤并進一步抑制腫瘤生長。研究人員進行一項1期臨床試驗，將mCRPC患者隨機分為兩組，一組接受ciforadenant單獨治療，另一組接受ciforadenant與atezolizumab聯合治療。聯合治療組中有25%的患者前列腺特異性抗原（PSA）水平下降30%以上，并且一些患者出現腫瘤縮小。基于SPP1hi-TAMs的豐度可能作為治療效果的預測生物標志物，但需要更大樣本量的研究來進一步驗證。
總之，PP1hi-TAMs可以作為一種重要的生物標志物，幫助預測免疫治療的效果。在臨床試驗中，研究人員發現患者腫瘤組織中SPP1hi-TAMs的豐度與聯合治療的療效顯著相關。通過檢測SPP1hi-TAMs的水平，醫生或許能夠篩選出更有可能受益于A2AR抑制劑與免疫檢查點抑制劑聯合治療的患者群體，從而實現個性化治療。另外，SPP1hi-TAMs本身也是一個潛力的治療靶點。SPP1hi-TAMs通過腺苷信號通路抑制抗腫瘤免疫反應，同時還能通過其他促炎性因子（如IL-1β）進一步惡化腫瘤微環境。未來的研究可以進一步探索更多抑制SPP1hi-TAMs功能或減少其數量的方法，例如針對腺苷信號通路和炎癥因子的雙靶點治療策略，從而從源頭上瓦解免疫抑制。
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原始文獻
Lyu, A., Fan, Z., Clark, M. et al. Evolution of myeloid-mediated immunotherapy resistance in prostate cancer. Nature (2024). doi.org/10.1038/s41586-024-08290-3
關聯研究：CXCL9:SPP1巨噬細胞極性確定來控制人類癌癥的細胞程序網絡
2023年8月4日，瑞士日內瓦大學領導的國際研究團隊在Science（IF=56.9）發表了研究論文：CXCL9:SPP1 macrophage polarity identifies a network of cellular programs that control human cancers。由 CXCL9 和 SPP1 這兩個基因的表達所定義的巨噬細胞極性的變化是腫瘤微環境的一個簡單而關鍵的特征。CXCL9:SPP1的比例可以描述癌癥中抗腫瘤免疫細胞的豐度、每種腫瘤浸潤細胞類型的基因表達程序、決定腫瘤控制或進展的通訊網絡的調控以及對免疫療法的反應。
