巨噬細(xì)胞表達(dá)ID1支持結(jié)腸癌細(xì)胞的干細(xì)胞性并限制CD8+ T細(xì)胞的浸潤(rùn)

        消除腫瘤干細(xì)胞(CSCs)和恢復(fù)抗腫瘤免疫仍然是癌癥治療中未遇到的挑戰(zhàn)。腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞(tumor -associated macrophages, TAM)是腫瘤組織中重要的免疫細(xì)胞群，有助于形成CSC壁龕和抑制性免疫微環(huán)境。在這里，作者報(bào)告了TAMs中分化抑制因子1 (ID1)的高表達(dá)與結(jié)直腸癌(CRC)患者的不良預(yù)后相關(guān)。表達(dá)ID1的巨噬細(xì)胞維持腫瘤的干細(xì)胞性，抑制CD8+ T細(xì)胞的浸潤(rùn)。在機(jī)制上，ID1與STAT1相互作用誘導(dǎo)其細(xì)胞質(zhì)分布，并抑制STAT1介導(dǎo)的SerpinB2和CCL4轉(zhuǎn)錄，這兩種分泌因子負(fù)責(zé)腫瘤干細(xì)胞抑制和CD8+ T細(xì)胞募集。減少ID1表達(dá)可改善結(jié)直腸癌的進(jìn)展，增強(qiáng)腫瘤對(duì)免疫治療和化療的敏感性?？傊?，作者的研究強(qiáng)調(diào)了ID1在控制TAM的腫瘤表型中的關(guān)鍵作用，并為ID1在CRC中的治療靶向鋪平了道路。本文于2023年11月發(fā)布于《Nature Communications》，IF=16.6。

技術(shù)路線：

主要研究結(jié)果：

1、TAMs中ID1的表達(dá)增強(qiáng)與結(jié)直腸癌患者的不良臨床結(jié)果相關(guān)

        一項(xiàng)基于轉(zhuǎn)錄組的研究表明，來自腫瘤組織的TAM在轉(zhuǎn)錄上與單核細(xì)胞及其各自的組織巨噬細(xì)胞不同。為了探索CRC TAMs中差異表達(dá)的致癌轉(zhuǎn)錄因子，作者深入挖掘了CRC細(xì)胞衍生條件培養(yǎng)基(CM)刺激下的腹膜巨噬細(xì)胞(PM)基因微陣列數(shù)據(jù)集(GSE80065)。在TAMs (CRC CM刺激的PM)中，與未刺激的PM (Ctrl)相比，2830個(gè)基因(log2FC > 1.5, P≤0.05)上調(diào)，其中80個(gè)基因編碼轉(zhuǎn)錄因子，其中10個(gè)基因在CRC中表現(xiàn)出致癌特性(圖1a)。在CT26或mc38來源的CM處理的RAW 264.7細(xì)胞中，驗(yàn)證了前5個(gè)基因的蛋白豐度。與對(duì)照組(Ctrl)相比，c- myc、Snai1和ID1，而不是Tcf4和ID2，在結(jié)腸癌細(xì)胞來源的cm處理組中被發(fā)現(xiàn)高表達(dá)(圖1b, c)。由于c- myc和Snai1已被證明是替代巨噬細(xì)胞激活的關(guān)鍵參與者，作者隨后關(guān)注ID1及其在TAM中的作用。與正常結(jié)腸組織中浸潤(rùn)的巨噬細(xì)胞相比，AOM/ dss誘導(dǎo)的結(jié)直腸癌模型或ApcMin自發(fā)結(jié)直腸癌模型中浸潤(rùn)的TAM均具有更高的ID1(圖1d-f)。此外，從mc38衍生的同源原位腫瘤中分離的TAMs比從C57BL/6J小鼠中分離的pmms具有更高的ID1 mRNA和蛋白質(zhì)表達(dá)(圖1g, h)。作者還通過包含101例CRC患者標(biāo)本的組織微陣列分析了人CRC TAMs中ID1的表達(dá)。在鄰近正常組織中，CD68+ TAM中ID1的表達(dá)高于巨噬細(xì)胞(圖1i, j)。作者還評(píng)估了在結(jié)直腸癌發(fā)展過程中TAM中ID1表達(dá)的潛在動(dòng)力學(xué)改變。ID1在結(jié)直腸癌淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移患者的TAM中高表達(dá)，且與結(jié)直腸癌組織學(xué)分級(jí)和TNM分期呈正相關(guān)。此外，CD68+ TAM中ID1的高表達(dá)與結(jié)直腸癌患者預(yù)后不良相關(guān)(圖1k)?？偟膩碚f，作者的研究結(jié)果表明，ID1在結(jié)直腸癌TAMs中異常高表達(dá)，尤其是晚期結(jié)直腸癌，預(yù)示著不良的臨床預(yù)后。

圖1、TAMs中ID1的表達(dá)增強(qiáng)與結(jié)直腸癌患者的不良臨床預(yù)后相關(guān)

2、表達(dá)TAMs的ID1促進(jìn)結(jié)直腸癌的生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)移

        為了確定ID1是否直接調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞表型，作者在骨髓特異性基因啟動(dòng)子(Lyz2tm1(Cre)Ifo/J)的控制下，通過將含有ID1外顯子的小鼠(ID1f/ f)與表達(dá)Cre重組酶的小鼠雜交，建立了骨髓特異性ID1缺陷小鼠(ID1Lyz-KO)。小鼠MC38結(jié)腸癌細(xì)胞皮下接種于ID1f/f和ID1Lyz-KO小鼠。與ID1f/f小鼠相比，MC38荷瘤ID1Lyz-KO小鼠的腫瘤生長(zhǎng)降低，這與全體性ID1KO小鼠的數(shù)據(jù)一致。數(shù)據(jù)表明，表達(dá)ID1的骨髓細(xì)胞促進(jìn)結(jié)直腸癌的進(jìn)展。作者使用兩種TAM過繼轉(zhuǎn)移模型進(jìn)一步研究巨噬細(xì)胞ID1消融是否抑制腫瘤進(jìn)展。首先，在體外用具有抗炎條件的基礎(chǔ)培養(yǎng)基(白細(xì)胞介素-4)和巨噬細(xì)胞集落刺激因子(m-CSF))刺激骨髓源性巨噬細(xì)胞，誘導(dǎo)TAM表型。將上述TAM與MC38細(xì)胞混合，并過繼轉(zhuǎn)移至C57BL/6J受體小鼠。ID1f/f衍生的TAM加速了MC38細(xì)胞的腫瘤生長(zhǎng)，而ID1的缺失減弱了TAM的促腫瘤作用。其次，分選從ID1f/f和ID1Lyz-KO小鼠的MC38源性腫瘤中分離出TAM，與MC38細(xì)胞混合，并過繼轉(zhuǎn)移到C57BL/ 6J受體小鼠體內(nèi)(圖2a)。含有ID1Lyz-KO TAM的腫瘤比含有ID1f/f TAM的腫瘤生長(zhǎng)慢得多(圖2b, c)。ID1Lyz-KO TAM組腫瘤結(jié)節(jié)中Ki67+細(xì)胞比例較低(圖2d)。這些數(shù)據(jù)表明，TAMs中ID1的缺失會(huì)抑制結(jié)直腸癌的生長(zhǎng)。TAM常通過影響分泌因子的產(chǎn)生，與腫瘤細(xì)胞或TME中的其他免疫細(xì)胞發(fā)生串?dāng)_。MC38荷瘤小鼠瘤內(nèi)注射ID1f/f或ID1Lyz-KO TAMs衍生的CM。注射來自ID1Lyz-KO TAM的CM的腫瘤生長(zhǎng)速度比注射來自ID1f/f TAM的CM的腫瘤生長(zhǎng)速度慢。為了研究巨噬細(xì)胞中的ID1是否參與腫瘤轉(zhuǎn)移的控制，作者建立了3種CRC轉(zhuǎn)移模型。在脾-肝轉(zhuǎn)移模型中，將熒光素酶標(biāo)記的CT26細(xì)胞與TAM來源的CM腹腔注射一起注入脾內(nèi)(圖2e)。注射ID1f/f TAMs衍生cm的小鼠顯示出增強(qiáng)的生物發(fā)光信號(hào)、肝/體重比、腫瘤直徑和轉(zhuǎn)移性腫瘤結(jié)節(jié)的肝葉數(shù)量，當(dāng)在TAMs中消融ID1時(shí)，這些都是相反的(圖2f-k)。在CT26原位肝轉(zhuǎn)移模型中，將高度轉(zhuǎn)移的CT26細(xì)胞注射到盲腸壁的漿膜下層，并通過腹腔注射TAM來源的CM(圖2l)。用ID1Lyz-KO TAM衍生的cm治療組，轉(zhuǎn)移部位更少，轉(zhuǎn)移瘤直徑更小(圖2m - o)。在結(jié)直腸癌肺轉(zhuǎn)移模型中，通過尾靜脈注射熒光素酶標(biāo)記的CT26細(xì)胞，并通過腹腔注射TAM來源的CM。ID1Lyz-KO TAM衍生cm治療組肺轉(zhuǎn)移面積更小，肺/體重比更低。這些數(shù)據(jù)表明，表達(dá)ID1的TAM通過影響其分泌成分促進(jìn)結(jié)直腸癌腫瘤的生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)移。據(jù)報(bào)道，促炎刺激誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞具有抗腫瘤(m1樣)表型。IFN-γ和LPS刺激RAW 264.7細(xì)胞(如圖RAW- ctrl所示)和ID1過表達(dá)的RAW 264.7細(xì)胞(如圖RAW- ID1oe所示)，誘導(dǎo)腫瘤抑制表型(圖2p)。作者發(fā)現(xiàn)來自RAW-Ctrl細(xì)胞的CM減輕了腫瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)，降低了Ki67+細(xì)胞的比例，而ID1異位表達(dá)逆轉(zhuǎn)了這些抑制作用(圖2q, r)。這些數(shù)據(jù)表明，高ID1表達(dá)損害了經(jīng)典活化巨噬細(xì)胞的抗腫瘤表型。

 圖2、表達(dá)TAM促進(jìn)結(jié)直腸癌的生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)移

3、表達(dá)TAMs的ID1部分通過排除CD8+ T細(xì)胞募集來促進(jìn)結(jié)直腸癌的發(fā)展

        TAM通常通過防止腫瘤細(xì)胞受到T細(xì)胞的攻擊而具有直接的免疫抑制功能。為了評(píng)估表達(dá)ID1的TAM是否具有免疫抑制功能，如圖2a所示，將MC38細(xì)胞和TAM混合接種于免疫缺陷的BALB/c裸鼠，而不是免疫正常的C57BL/6J小鼠。BALB/c裸小鼠的腫瘤抑制率約為50%，而C57BL/6J小鼠(如圖2a所示)的腫瘤抑制率超過80%(圖3a)，表明表達(dá)ID1的TAM可能破壞T細(xì)胞介導(dǎo)的抗腫瘤免疫應(yīng)答。TAMs中ID1的缺失增加了免疫活性C57BL/6J小鼠mc38衍生腫瘤中CD8+ T細(xì)胞的浸潤(rùn)(圖3b, c)。此外，TAMs中ID1的缺失增加了腫瘤浸潤(rùn)性CD8+ T細(xì)胞中干擾素-γ (IFN-γ)和顆粒酶B的表達(dá)(圖3d)。作者還利用BALB/c裸鼠脾-肝轉(zhuǎn)移模型評(píng)估了ID1在抗腫瘤免疫應(yīng)答中的作用。與ID1f/f TAM中的CM相比，ID1Lyz-KO TAM中的CM可減輕BALB/c裸小鼠的生物發(fā)光信號(hào)、肝/體重比和腫瘤直徑。然而，在免疫正常小鼠中，ID1缺失導(dǎo)致的TAM腫瘤抑制率從70%下降到40%，在免疫缺陷小鼠中(圖3e)，證實(shí)了ID1表達(dá)的TAM調(diào)節(jié)T細(xì)胞介導(dǎo)的抗腫瘤免疫。用來自ID1f/f TAM的CM治療可減少肝或肺轉(zhuǎn)移瘤內(nèi)區(qū)域的CD8+ T細(xì)胞浸潤(rùn)(如圖2e、l)，通過敲除TAM中的ID1可逆轉(zhuǎn)這一情況(圖3f-h)。此外，在原位結(jié)直腸癌模型中，用來自m1樣RAW 264.7細(xì)胞的CM處理(如圖2p所示)增加了腫瘤中CD8+ T細(xì)胞的浸潤(rùn)，這被ID1過表達(dá)所消除(圖3i)。為了驗(yàn)證CD8+ T細(xì)胞參與表達(dá)ID1的TAM的腫瘤促進(jìn)作用，作者在CT26 s.c.模型中使用全身給藥抗CD8β抗體來耗盡CD8+ T細(xì)胞(圖3j)。與ID1Lyz-KO TAMs的CM治療相比，ID1Lyz-KO TAMs治療降低了腫瘤生長(zhǎng)，這被CD8+ T細(xì)胞消耗部分逆轉(zhuǎn)(圖3k-m)，腫瘤抑制率從~85% (IgG治療組)到35% (CD8消耗抗體組)(圖3n)。這些數(shù)據(jù)表明，表達(dá)ID1的TAM的促腫瘤作用依賴于CD8+ T細(xì)胞。缺乏腫瘤內(nèi)T細(xì)胞浸潤(rùn)與T細(xì)胞增殖或遷移減少有關(guān)。m1樣RAW 264.7細(xì)胞中的ID1OE抑制CD8+ T細(xì)胞遷移，而TAM中的ID1Lyz-KO則增強(qiáng)CD8+ T細(xì)胞遷移(圖3o,p)。作者還評(píng)估了ID1操縱巨噬細(xì)胞對(duì)T細(xì)胞增殖和殺傷活性的影響。用羧基熒光素琥珀酰酰酯(CFSE)熒光染料標(biāo)記CD8+ T細(xì)胞，作者發(fā)現(xiàn)在m1樣RAW 264.7細(xì)胞中過表達(dá)ID1或在TAM中耗盡ID1對(duì)CD8+ T細(xì)胞的增殖沒有影響。此外，ID1f/f組和ID1Lyz-KO組在影響ova特異性CD8+細(xì)胞毒性OT-1 T細(xì)胞殺傷活性方面沒有差異。作者也證實(shí)了作者在人類原代細(xì)胞共培養(yǎng)系統(tǒng)中的觀察結(jié)果。當(dāng)與CRC患者外周血單個(gè)核細(xì)胞(PBMCs)分離的CD8+ T細(xì)胞共培養(yǎng)時(shí)，與對(duì)照組相比，CRC患者腫瘤組織分離的TAM中ID1的缺失顯示CD8+ T細(xì)胞遷移率增強(qiáng)(圖3q)。ID1表達(dá)的MDSCs有促進(jìn)腫瘤生長(zhǎng)的報(bào)道，作者進(jìn)一步探討它們是否也通過影響CD8+ T細(xì)胞浸潤(rùn)發(fā)揮促瘤作用。從ID1f/f和ID1Lyz-KO小鼠mc38來源腫瘤中分離的Cd11b+ Gr1+ MDSCs與CD8+ T細(xì)胞共培養(yǎng)。作者發(fā)現(xiàn)MDSCs中ID1的缺失對(duì)CD8+ T細(xì)胞的遷移速率沒有影響。這些數(shù)據(jù)表明，表達(dá)TAMs而非MDSCs的ID1阻礙CD8+ T細(xì)胞募集并促進(jìn)腫瘤細(xì)胞逃避免疫消除。

圖3、表達(dá)ID1的TAM部分通過抑制CD8+ T細(xì)胞募集促進(jìn)結(jié)直腸癌進(jìn)展

4、表達(dá)ID1的TAM是通過激活FAK-YAP信號(hào)通路來維持CRC干性性狀的必要條件

        敲除TAMs中的ID1對(duì)免疫缺陷小鼠的腫瘤生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)移有抑制作用，表明表達(dá)ID1的TAMs可能影響腫瘤的內(nèi)在特性。CSC被認(rèn)為是腫瘤發(fā)生、轉(zhuǎn)移、耐藥和復(fù)發(fā)的起源。如上所述，ID1Lyz-KO組分離的腫瘤細(xì)胞表達(dá)CD44和Lgr5 (CSC標(biāo)志物)低于ID1f/f組(圖4a, b)。TAM中ID1的缺失使腫瘤啟動(dòng)細(xì)胞頻率降低到近1/3(從1/979降至1/ 2378)(圖4c)。這些數(shù)據(jù)表明，表達(dá)TAMs的ID1支持結(jié)直腸癌細(xì)胞的干性特征。TAM可以通過可溶性介質(zhì)促進(jìn)CSC表型。與CRC患者腫瘤組織來源的ID1KD TAM共培養(yǎng)的HCT116細(xì)胞表達(dá)的CD44和LGR5水平低于與Ctrl TAM共培養(yǎng)的細(xì)胞(圖4d)。與ID1Lyz-KO TAM共培養(yǎng)的MC38細(xì)胞表達(dá)的CD44和Aldh水平低于與ID1f/f TAM共培養(yǎng)的MC38細(xì)胞(圖4e)。CT26細(xì)胞與過表達(dá)ID1的m1樣RAW 264.7細(xì)胞共培養(yǎng)，HCT116細(xì)胞與過表達(dá)ID1的m1樣THP-1細(xì)胞共培養(yǎng)，CD44和ALDH的表達(dá)高于與Ctrl細(xì)胞共培養(yǎng)的細(xì)胞。此外，來自ID1KDor ID1Lyz-KO TAMs的CM被抑制，而來自ID1OE RAW 264.7細(xì)胞或ID1OE THP-1細(xì)胞的CM促進(jìn)了腫瘤球的形成能力(圖4f;)和CRC細(xì)胞的侵襲性。這些數(shù)據(jù)表明，TAMs中的ID1通過改變TAMs的分泌成分來增加CRC細(xì)胞的干性特征。通過混合MC38細(xì)胞和ID1f/f/ID1Lyz-KO TAMs植入sc腫瘤結(jié)節(jié)，利用轉(zhuǎn)錄組測(cè)序技術(shù)評(píng)估從腫瘤結(jié)節(jié)分離的癌細(xì)胞中的差異表達(dá)基因(DEGs)(圖4)?；蚣患治?span>(GSEA)表明，TAMs中atID1的缺失導(dǎo)致局灶黏附激酶(FAK)和ye相關(guān)蛋白(YAP)信號(hào)通路的抑制，但不影響其他腫瘤干性相關(guān)信號(hào)通路，如Notch、Wnt/βcatenin和Sonic hedgehog (SHH)通路(圖4h, 1)。與該數(shù)據(jù)一致的是，從ID1f/f小鼠的腫瘤結(jié)節(jié)中分離出的腫瘤細(xì)胞與BMDM衍生的TAM混合后，與未混合的細(xì)胞相比，p-Fak和Yap的豐度更高，這是通過TAM中ID1的消耗而逆轉(zhuǎn)的(圖4j)。作者還在MC38 s.c.模型(如圖2a所示)、脾-肝轉(zhuǎn)移模型(如圖2e所示)、原位模型(如圖2p所示)以及體外細(xì)胞非接觸共培養(yǎng)系統(tǒng)中檢測(cè)到了FAK-YAP信號(hào)的變化。ID1缺失的TAMs減少，而ID1過表達(dá)的m1樣RAW 264.7細(xì)胞增加了p-Fak和Yap的豐度。FAK特異性抑制劑Y15可以逆轉(zhuǎn)m1樣THP1細(xì)胞中ID1過表達(dá)對(duì)YAP蛋白表達(dá)的上調(diào)作用，表明ID1通過FAK依賴的方式誘導(dǎo)YAP活化(圖4k)。FAK通過磷酸化YAP的Y357位點(diǎn)來維持腫瘤干性性狀，從而增強(qiáng)其蛋白穩(wěn)定性、核易位和轉(zhuǎn)錄活性。YAP在核易位后與TEAD形成轉(zhuǎn)錄復(fù)合物，是維持腫瘤干性性狀的關(guān)鍵步驟。ID1缺失下調(diào)，而其過表達(dá)增強(qiáng)了YAP蛋白的穩(wěn)定性、YAP (Y357)磷酸化、核易位、TEAD的熒光素酶活性以及下游靶基因的轉(zhuǎn)錄(圖41 - O)。維替波芬是YAP-TEAD復(fù)合物的一種抑制因子，在很大程度上逆轉(zhuǎn)了ID1過表達(dá)m1樣THP-1細(xì)胞的CM對(duì)CRC腫瘤干細(xì)胞的促進(jìn)作用(圖4p)。這些數(shù)據(jù)表明，來自表達(dá)TAMs的ID1分泌成分對(duì)于維持腫瘤細(xì)胞中FAK-YAP的激活至關(guān)重要。Y15進(jìn)一步驗(yàn)證表達(dá)ID1的TAM是否通過激活FAK信號(hào)維持癌干性性狀。在CT26 s.c. BALB/c裸鼠模型中，與對(duì)照組相比，Y15如預(yù)期的那樣緩解了腫瘤生長(zhǎng)，逆轉(zhuǎn)了ID1OE RAW 264.7細(xì)胞中CM的腫瘤加速作用(圖4q, r)。值得注意的是，在Y15處理下，ID1OE m1樣巨噬細(xì)胞中的CM不再增強(qiáng)腫瘤細(xì)胞的侵襲性、腫瘤球體形成能力或CD44蛋白的豐富度(圖4s)。這些數(shù)據(jù)表明，表達(dá)ID1的TAM通過激活癌細(xì)胞中的FAK-YAP信號(hào)來支持CRC的干細(xì)胞性。 

圖4、表達(dá)ID1的TAM對(duì)于通過激活FAK-YAP信號(hào)通路維持CRC干性性狀至關(guān)重要

5、TAMs中的ID1通過抑制CCL4和SerpinB2轉(zhuǎn)錄介導(dǎo)腫瘤免疫逃避和CRC干性維持

        對(duì)ID1f/ ID1Lyz-KO小鼠中mc38來源的腫瘤組織分離的TAM進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組測(cè)序，以探索ID1如何塑造TAM的促腫瘤表型(圖5a)。ID1抑制與其相互作用的bHLH蛋白的DNA結(jié)合和轉(zhuǎn)錄激活能力。作者的上述數(shù)據(jù)表明，ID1調(diào)節(jié)的分泌成分對(duì)TAM維持癌癥的干細(xì)胞性和促進(jìn)癌癥免疫侵襲至關(guān)重要。因此，作者將重點(diǎn)放在ID1Lyz-KO TAM中編碼分泌蛋白的基因與ID1f/f TAM相比的上調(diào)上。在ID1Lyz-KO TAMs中，與ID1f/f TAMs相比，發(fā)現(xiàn)超過2000個(gè)基因增加(圖5b)。從免疫應(yīng)答調(diào)節(jié)方面，作者選擇了20個(gè)log2FC > 1.5的上調(diào)基因編碼趨化因子，其中Ccl3、Ccl4、Cxcl9和Cxcl16具有共同的抑瘤作用和促進(jìn)T細(xì)胞浸潤(rùn)的作用(圖5c)。在這四種趨化因子中，只有Ccl4在ID1OE RAW 264.7細(xì)胞中的轉(zhuǎn)錄水平低于Ctrl細(xì)胞(圖5d)。酶聯(lián)免疫吸附試驗(yàn)(ELISA)證實(shí)，從結(jié)直腸癌患者腫瘤組織、mc38衍生腫瘤組織或BMDMs誘導(dǎo)的ID1缺失的TAM顯示CCL4蛋白豐度增加(圖5e)。m1樣巨噬細(xì)胞中ID1的過表達(dá)降低了CCL4蛋白水平(圖5f)。然后，作者建立了Ccl4缺失的TAM來驗(yàn)證Ccl4在介導(dǎo)ID1調(diào)節(jié)的CD8+ T細(xì)胞募集中的作用。TAM中ID1的缺失導(dǎo)致CD8+ T細(xì)胞遷移增加，這可以通過敲低Ccl4來逆轉(zhuǎn)(圖5)。這些數(shù)據(jù)表明，表達(dá)ID1的TAM失去了CCL4的分泌，阻礙了CD8+ T細(xì)胞向腫瘤部位的運(yùn)輸。從腫瘤內(nèi)在特性調(diào)控方面，作者選擇了12個(gè)log2FC > 1.5的編碼分泌性腫瘤抑制因子(不含趨化因子)的上調(diào)基因，其中只有Serpin家族B成員2 (SerpinB2)被報(bào)道抑制FAK信號(hào)傳導(dǎo)(圖5h)。分析CRC GEO數(shù)據(jù)集，作者發(fā)現(xiàn)SerpinB2與CRC患者的滿意結(jié)局呈正相關(guān)。TAMs中ID1的缺失增加了SerpinB2蛋白的豐度，而ID1過表達(dá)降低了SerpinB2蛋白的豐度(圖5i, j)。TAMs中ID1敲除對(duì)CSC標(biāo)志物表達(dá)、腫瘤球形成能力和腫瘤侵襲性的抑制作用可以通過去除Serpinb2 (Serpinb2KD)來逆轉(zhuǎn)(圖5 k、m)。此外，在TAM中沉默Serpinb2可以增強(qiáng)腫瘤侵襲性和腫瘤成球能力，這可以通過Y15治療逆轉(zhuǎn)。這些數(shù)據(jù)表明，ID1可以抑制Serpinb2的表達(dá)，激活FAK信號(hào)，增強(qiáng)癌細(xì)胞的干細(xì)胞性。為了證實(shí)ID1是否通過損害SerpinB2和CCL4的表達(dá)而發(fā)揮促瘤作用，作者在ID1f/f和ID1Lyz-KO TAM中同時(shí)缺失了這兩個(gè)基因。當(dāng)Ccl4和Serpinb2同時(shí)缺失時(shí)，TAM中ID1缺失對(duì)腫瘤生長(zhǎng)和肝轉(zhuǎn)移的抑制作用被完全消除(圖5n-p)。無論是在s.c.模型中還是在轉(zhuǎn)移模型中，當(dāng)Ccl4和Serpinb2同時(shí)被敲低時(shí)，TAMs中ID1缺失引起的CD8+ T細(xì)胞浸潤(rùn)增強(qiáng)和對(duì)FAK-YAP信號(hào)的抑制都減弱了。證據(jù)表明，ID1抑制巨噬細(xì)胞SerpinB2和CCL4的轉(zhuǎn)錄，促進(jìn)腫瘤免疫逃逸，增強(qiáng)CRC細(xì)胞的致瘤能力，最終導(dǎo)致腫瘤生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)移加劇。 

圖5、TAMs中的ID1通過抑制CCL4和SerpinB2轉(zhuǎn)錄介導(dǎo)腫瘤免疫逃避和CRC干性維持

6、ID1與STAT1相互作用抑制CCL4和SerpinB2的轉(zhuǎn)錄

        由于ID1不具有DNA結(jié)合能力，通常與TF相互作用并抑制其活性，因此采用共免疫沉淀聯(lián)用質(zhì)譜法(Co-IP/MS)鑒定RAW 264.7細(xì)胞中可能與ID1相互作用的TF。此外，使用hTFtarget工具預(yù)測(cè)了16個(gè)可能負(fù)責(zé)CCL4和SerpinB2轉(zhuǎn)錄的TF。根據(jù)Co-IP/MS分析，STAT1是16個(gè)TF中唯一一個(gè)與ID1相互作用的TF(圖6a)。作者通過Co-IP、近距離結(jié)扎實(shí)驗(yàn)(PLA)和共聚焦成像進(jìn)一步證實(shí)了CRC患者腫瘤組織中HEK 293T細(xì)胞、RAW 264.7細(xì)胞和CD68+ TAM中STAT1和ID1的直接相互作用(圖6b-e)。這些數(shù)據(jù)表明ID1可能與STAT1相互作用，抑制STAT1介導(dǎo)的CCL4和SerpinB2轉(zhuǎn)錄。采用染色質(zhì)免疫沉淀法(ChIP)驗(yàn)證了Serpinb2和Ccl4是否為RAW 264.7細(xì)胞中Stat1的靶基因。Stat1在?3000 ~?2701 bp、?2760 ~?2461 bp和?1080 ~?781 bp的位置與Ccl4啟動(dòng)子結(jié)合;以及在- 2517至- 2221 bp和- 1320至- 1021 bp的Serpinb2啟動(dòng)子。為了進(jìn)一步驗(yàn)證，作者選擇了結(jié)合信號(hào)最高的啟動(dòng)子區(qū)域pCcl4-2和pSerpinb2-8。雙熒光素酶報(bào)告基因?qū)嶒?yàn)表明，ID1通過結(jié)合pCcl4-2和pSerpinb2-8啟動(dòng)子區(qū)域抑制Ccl4和Serpinb2的轉(zhuǎn)錄(圖6f)。為了進(jìn)一步探索ID1調(diào)控STAT1轉(zhuǎn)錄活性的分子機(jī)制，作者深入剖析了這兩種蛋白的結(jié)合結(jié)構(gòu)域。Co-IP分析表明，ID1的n端和HLH結(jié)構(gòu)域介導(dǎo)了其與STAT1的相互作用。此外，STAT1的n端、DNA結(jié)合域和SH2域介導(dǎo)了其與ID1的關(guān)聯(lián)。據(jù)報(bào)道，n端和SH2結(jié)構(gòu)域介導(dǎo)STAT1二聚化。然而，ID1過表達(dá)對(duì)STAT1二聚化沒有影響。STAT1的細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核定位是一個(gè)維持適度信號(hào)激活的動(dòng)態(tài)過程。因此，作者質(zhì)疑ID1是否參與了STAT1核出口的調(diào)控。在IFN-γ處理下，ID1的過表達(dá)降低了細(xì)胞核中基礎(chǔ)Stat1和p-Stat1的豐度，但增加了細(xì)胞質(zhì)中的Stat1和p-Stat1的豐度(圖6g)。CRM1識(shí)別STAT1 DNA結(jié)合域的一個(gè)區(qū)域，將其重新分配回細(xì)胞質(zhì)。作者發(fā)現(xiàn)ID1增強(qiáng)了CRM1與STAT1的相互作用(圖6h, i)。Co-IP分析進(jìn)一步證實(shí)了這三種蛋白相互作用，這意味著在ID1、STAT1和CRM1之間形成了異三聚體蛋白復(fù)合物。Leptomycin B是一種CRM1抑制劑，可保持Stat1的核分布。在IFN-γ處理下，ID1將STAT1二聚體從細(xì)胞核重新分配到細(xì)胞質(zhì)中，這可以通過leptomycin B處理消除(圖6j)。此外，作者發(fā)現(xiàn)在leptomycin b處理下，ID1缺失并不影響Stat1與Serpinb2和Ccl4啟動(dòng)子的結(jié)合能力。這些數(shù)據(jù)表明，ID1促進(jìn)CRM1向STAT1募集，從而促進(jìn)STAT1的細(xì)胞質(zhì)分布，抑制STAT1誘導(dǎo)的CCL4和SerpinB2轉(zhuǎn)錄 

圖6、ID1與STAT1相互作用抑制CCL4和SerpinB2的轉(zhuǎn)錄

7、靶向ID1抑制結(jié)直腸癌進(jìn)展并使腫瘤細(xì)胞對(duì)化療和免疫治療敏感

        ID1是一種短壽命蛋白，主要受到泛素化介導(dǎo)的蛋白酶體或自噬降解的影響。作者探討了藥物減少ID1是否可以消除TAM的促腫瘤作用。泛素化特異性蛋白酶1 (USP1)是一種去泛素化酶，據(jù)報(bào)道可以保持蛋白的穩(wěn)定。作者評(píng)估了ML323 (USP1的選擇性抑制劑)在同基因sc型結(jié)直腸癌小鼠模型和同基因原位轉(zhuǎn)移型結(jié)直腸癌小鼠模型中的潛在抗腫瘤作用。在s.c.模型中，ML323給藥降低了TAMs中ID1的表達(dá)，并表現(xiàn)出明顯的腫瘤抑制作用，從腫瘤體積和腫瘤重量與載藥組比較可見(圖7a, b)。此外，作者檢測(cè)到ml323處理組腫瘤浸潤(rùn)性CD8+ T細(xì)胞中顆粒酶B和IFN-γ表達(dá)增加，CD8+ T細(xì)胞效應(yīng)功能增強(qiáng)(圖7c)。此外，ml323處理組腫瘤組織中分離的腫瘤細(xì)胞中CSC標(biāo)志物的表達(dá)降低(圖7d)。在原位肝轉(zhuǎn)移模型中，ML323治療明顯減輕了肝轉(zhuǎn)移，CD8+ T細(xì)胞浸潤(rùn)和有效性增強(qiáng)，腫瘤細(xì)胞干性性狀受到抑制(圖7e-i)。作者進(jìn)一步證實(shí)，ML323部分通過調(diào)節(jié)TAMs中ID1的表達(dá)來抑制腫瘤進(jìn)展。使用ID1f/f和ID1LyzKO小鼠，作者證明在MC38 s.c.模型中，骨髓細(xì)胞中ID1的缺失在很大程度上但不是完全逆轉(zhuǎn)了ML323的腫瘤抑制作用(圖7j, k)，表明ML323在髓細(xì)胞中部分通過ID1起作用。然后將TAM從腫瘤組織中分離出來，置于載具或ML323處理的小鼠中，以研究ML323的影響(圖71)。通過非接觸式共培養(yǎng)系統(tǒng)，作者證明了ML323處理的TAM促進(jìn)了CD8+ T細(xì)胞的遷移，抑制了CT26細(xì)胞中CD44和Aldh的表達(dá)(圖7m, n)。此外，體外實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步證實(shí)了ML323對(duì)TAM的直接影響。作者證實(shí)，BMDM衍生TAM的CM與ML323治療也促進(jìn)了CD8+ T細(xì)胞的遷移能力，降低了CSC標(biāo)志物的表達(dá)，腫瘤成球能力和侵襲性。此外，TAMs中的ID1Lyz-KO消除了ML323治療對(duì)腫瘤干細(xì)胞和CD8+ T細(xì)胞遷移的影響(圖7o,p)，表明ML323對(duì)TAM的影響是由ID1介導(dǎo)的。在機(jī)制上，在ML323處理的TAM中，Serpinb2和Ccl4的蛋白豐度均上調(diào)(如圖7l所示)。作者使用RAW 264.7細(xì)胞進(jìn)行體外實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步驗(yàn)證ML323通過調(diào)節(jié)ID1對(duì)Serpinb2和Ccl4的影響。作者的研究結(jié)果表明，ML323處理導(dǎo)致ID1過表達(dá)陰性的RAW 264.7細(xì)胞中Serpinb2和Ccl4的表達(dá)增加(圖7q, r)。這些數(shù)據(jù)共同表明，ML323通過降低TAMs中ID1的表達(dá)來發(fā)揮抗腫瘤作用。這些結(jié)果促使作者在臨床前小鼠模型中評(píng)估ML323(較低劑量為3mg /kg)聯(lián)合化療或免疫治療的潛在效果。首先，作者用ML323聯(lián)合5-氟尿嘧啶(5-FU)治療CT26荷瘤小鼠(圖7s)。與5-FU或ML323單藥治療組相比，ML323聯(lián)合5-FU表現(xiàn)出協(xié)同抗腫瘤作用，從腫瘤體積(圖7t)和腫瘤重量(圖7u, v)可見。其次，作者在CT26荷瘤小鼠中測(cè)定了ML323與抗ctla4的協(xié)同作用(圖7w)。聯(lián)合治療的抗腫瘤效果強(qiáng)于單獨(dú)使用ML323或抗ctla4(圖7x-z)。此外，在聯(lián)合治療組中觀察到CD8+ T細(xì)胞浸潤(rùn)增加，CD8+ T細(xì)胞效應(yīng)功能增強(qiáng)。這些數(shù)據(jù)表明，通過抑制USP1活性靶向ID1可能是提高化療和免疫治療CRC療效的潛在策略。由于所有的實(shí)驗(yàn)都是在雄性小鼠身上進(jìn)行的，作者進(jìn)一步研究ID1在TAM中的作用是否存在性別差異。在雄性小鼠中觀察到，注射來自ID1Lyz-KO TAM的CM的腫瘤生長(zhǎng)速度比注射來自ID1f/f TAM的CM的腫瘤生長(zhǎng)速度慢。此外，ID1Lyz-KO組腫瘤組織中CD45- Epcam+腫瘤細(xì)胞CD8+ T細(xì)胞浸潤(rùn)增多，CD8+ T細(xì)胞活性提高，CD44high Lgr5+表達(dá)降低。這些數(shù)據(jù)表明，ID1在TAM中的促腫瘤作用在性別之間沒有差異。為了探索作者的發(fā)現(xiàn)的普遍性，作者建立了另外兩個(gè)使用H22(小鼠肝細(xì)胞癌細(xì)胞系)和Pan02(小鼠胰腺導(dǎo)管腺癌細(xì)胞系)的sc腫瘤小鼠模型。BMDM衍生TAM中ID1的缺失也能抑制肝癌和胰腺癌的腫瘤生長(zhǎng)，降低腫瘤干細(xì)胞比例，促進(jìn)CD8+ T細(xì)胞的浸潤(rùn)和活性。這些數(shù)據(jù)表明，作者關(guān)于表達(dá)TAM的ID1促進(jìn)腫瘤進(jìn)展的發(fā)現(xiàn)可能與其他類型的癌癥具有廣泛的相關(guān)性。 

圖7、靶向ID1抑制結(jié)直腸癌進(jìn)展并使腫瘤細(xì)胞對(duì)化療和免疫治療敏感

結(jié)論

        總的來說，作者的工作確定了TAM表達(dá)的ID1作為中心分子節(jié)點(diǎn)，雙重控制癌癥啟動(dòng)能力和誘導(dǎo)腫瘤免疫逃逸。在結(jié)直腸癌中，TAMs中ID1的高表達(dá)代表了一種免疫逃避和腫瘤干細(xì)胞維持機(jī)制。此外，作者提供的證據(jù)表明，靶向ID1穩(wěn)定性可以提高CRC患者的免疫治療和化療敏感性。

實(shí)驗(yàn)方法

        流式細(xì)胞術(shù)、質(zhì)粒構(gòu)建、免疫沉淀，免疫印跡，免疫染色和免疫組織化學(xué)、質(zhì)譜分析、腫瘤球形成試驗(yàn)、羧基熒光素丁二酰酯(CFSE)測(cè)定

參考文獻(xiàn)

        Shang S, Yang C, Chen F, Xiang RS, Zhang H, Dai SY, Liu J, Lv XX, Zhang C, Liu XT, Zhang Q, Lu SB, Song JW, Yu JJ, Zhou JC, Zhang XW, Cui B, Li PP, Zhu ST, Zhang HZ, Hua F. ID1 expressing macrophages support cancer cell stemness and limit CD8+ T cell infiltration in colorectal cancer. Nat Commun. 2023 Nov 23;14(1):7661. doi: 10.1038/s41467-023-43548-w. PMID: 37996458; PMCID: PMC10667515.