与非小细胞肺癌中奥希替尼耐药及软脑膜转移相关的脂质相关巨噬细胞

与非小细胞肺癌中奥希替尼耐药及软脑膜转移相关的脂质相关巨噬细胞

Just a moment…

www.cell.com

Lipid-associated macrophages for osimertinib resistance and leptomeningeal metastases in NSCLC
与非小细胞肺癌（NSCLC）中奥希替尼耐药及软脑膜转移相关的脂质相关巨噬细胞

期刊名称与发表年份
Cell Reports, 2024年

第一作者与末位作者
Yang-Si Li, Yi-Long Wu

第一署名机构
Guangdong Lung Cancer Institute, Guangdong Provincial People’s Hospital (Guangdong Academy of Medical Sciences), Southern Medical University, Guangzhou, China

摘要
为阐明脂质相关巨噬细胞在非小细胞肺癌（NSCLC）中奥希替尼耐药及软脑膜转移（LM）中的作用，研究者对脑脊液（CSF）进行了单细胞RNA测序。在LM中，确认了具有免疫抑制特性的巨噬细胞的异质性，并表明特定的脂质相关巨噬细胞（RNASE1_M）参与了奥希替尼耐药及LM的发展。

背景
NSCLC中的软脑膜转移在奥希替尼耐药出现之后尤为显著，而针对它的治疗选择有限。特别是，免疫逃逸被认为是奥希替尼耐药的一个因素，但其相关的详细机制仍不清楚。

方法
研究者使用来自携带EGFR突变的NSCLC患者的脑脊液进行了单细胞RNA测序。该研究纳入了进展性疾病患者和未经治疗的患者，并进行了细胞簇的特征评估和功能分析。

结果
研究确认在LM患者中脂质相关巨噬细胞增加，尤其揭示了RNASE1_M亚型与奥希替尼耐药相关。此外，研究还表明MDK（Midkine）蛋白可诱导这些巨噬细胞的极化。

讨论
本研究使全面理解NSCLC患者软脑膜转移中的免疫环境成为可能，尤其阐明了与奥希替尼耐药相关的巨噬细胞的作用。这提示了新治疗靶点的可能性。

与既往研究相比的新颖性
本研究在软脑膜转移中鉴定出脂质相关巨噬细胞，并表明其与奥希替尼耐药相关，这一点具有新颖性。此外，还首次鉴定出MDK蛋白的作用。

局限性
本研究的局限性在于其样本量小，且仅限于脑脊液样本。为应对这一点，研究者进行了既有数据的整合以及在独立队列中的验证。

潜在应用
本研究中鉴定的RNASE1_M亚型和MDK蛋白可作为未来的治疗靶点和预后标志物加以应用。

什么是奥希替尼？

奥希替尼（Osimertinib）是一种主要用于治疗非小细胞肺癌（NSCLC）的第三代EGFR酪氨酸激酶抑制剂（TKI）。它对携带EGFR基因突变（如外显子19缺失和L858R突变等）的肺癌尤为有效，此外，对携带T790M突变（该突变对第一代和第二代TKI产生耐药）的肿瘤也有效。

奥希替尼与EGFR的突变型酪氨酸激酶结构域结合并抑制其活性，从而抑制癌细胞的增殖。此外，它具有穿过血脑屏障的能力，有时也用于治疗中枢神经系统转移（软脑膜转移和脑转移）。奥希替尼作为标准治疗被广泛使用，尤其适用于晚期或转移性EGFR突变阳性的NSCLC患者。

什么是脂质相关巨噬细胞（RNASE1_M）？

脂质相关巨噬细胞（RNASE1_M）是一种高表达特定脂质代谢相关基因的巨噬细胞亚型，尤其与非小细胞肺癌（NSCLC）中的奥希替尼耐药及软脑膜转移（LM）的进展相关。这种巨噬细胞具有免疫抑制特性，在肿瘤微环境中发挥促进免疫逃逸的作用。

RNASE1_M巨噬细胞高表达参与脂质代谢的基因（例如APOE和PLA2G7），以及与胶原降解和缺氧反应相关的基因。由此，被认为它们促进肿瘤生长，并增强对奥希替尼等EGFR酪氨酸激酶抑制剂的抵抗性。

此外，研究表明RNASE1_M巨噬细胞的极化是由肿瘤细胞分泌的一种名为MDK（Midkine）的蛋白所诱导的，这种相互作用有助于免疫抑制环境的形成。因此，RNASE1_M巨噬细胞作为一种新的治疗靶点的潜力正受到关注。

脂质相关巨噬细胞的全面说明

脂质相关巨噬细胞（Lipid-associated macrophages，LAM）是一类与脂质代谢密切相关的特殊巨噬细胞，在肿瘤、慢性炎症、代谢性疾病等各种病理环境中发挥重要作用。这些巨噬细胞主要存在于脂肪组织和富含脂质的环境中，参与脂质的摄取、代谢和储存。

特征

1. 基因表达谱：LAM高表达与脂质代谢相关的基因。这些基因包括载脂蛋白E（APOE）、脂肪酸结合蛋白（FABP）、糖基化蛋白（LGALS3）以及磷脂酶（PLA2G7）等。

2. 功能：

   • 脂质摄取与储存：LAM具有摄取血清中的脂质并将其储存于内部的能力。因此，它们在脂肪组织、动脉粥样硬化斑块、肿瘤微环境等富含脂质的部位活性尤其高。
   • 免疫调节：LAM常常具有免疫抑制特性，在肿瘤微环境中发挥促进肿瘤细胞免疫逃逸的作用。

3. 病理作用：

   • 肿瘤微环境：肿瘤内的LAM具有促进肿瘤生长和进展的作用，尤其发挥免疫抑制功能，帮助肿瘤细胞逃避免疫监视。例如，据报道，在携带EGFR突变的非小细胞肺癌（NSCLC）中，LAM有助于获得奥希替尼耐药。
   • 动脉粥样硬化：动脉粥样硬化斑块中的LAM影响斑块的形成和稳定性，并与心血管疾病风险相关。
   • 肥胖与代谢性疾病：在肥胖组织中，LAM调节炎性细胞因子的分泌，并参与胰岛素抵抗和糖尿病的发生。

4. 调节因子：LAM的功能和表型受到肿瘤细胞及其他周围细胞分泌的因子的调节。例如，研究表明Midkine（MDK）等生长因子可诱导LAM的极化，并促进肿瘤的免疫逃逸。

作为潜在治疗靶点的重要性

由于LAM在肿瘤微环境和慢性炎症的调节中发挥重要作用，因此正在研究以这些巨噬细胞为靶点的新治疗策略。特别是，有望通过与免疫检查点抑制剂联合使用来控制LAM的活性，从而可能增强针对肿瘤的免疫应答。

对LAM的全面理解可能有助于开发癌症治疗和慢性疾病管理中的新疗法。

LAM与神经再生有何关联？

脂质相关巨噬细胞（LAM）与神经再生的关联是近期研究中备受关注的领域。LAM是参与脂质代谢的巨噬细胞，主要参与肿瘤微环境和慢性炎症的调节，但它们在神经系统中也可能发挥重要作用。

LAM与神经再生的关联性

1. 神经系统的脂质代谢与LAM：神经组织，尤其是中枢神经系统（CNS），富含脂质，脂质代谢对于神经细胞的功能和健康维持不可或缺。LAM参与这种脂质代谢的调节，并可能影响神经再生过程。例如，可以设想LAM在神经细胞周围进行脂质的摄取和处理，为神经细胞的再生和修复提供所需的能量和组成成分。
2. 炎症与神经再生：神经损伤后的炎症反应在再生过程中发挥双重作用。一方面，过度的炎症会妨碍神经再生，但适度的炎症则促进损伤部位的清除和再生过程。LAM可能作为抗炎性巨噬细胞发挥作用，在控制炎症反应的同时支持神经再生。
3. LAM对支持细胞的调节：在中枢神经系统中，巨噬细胞与小胶质细胞和星形胶质细胞相互作用，发挥营造神经再生所需环境的作用。LAM可以影响这些支持细胞，直接或间接地促进神经细胞的再生。
4. 临床意义与研究进展：LAM与神经再生的关联性仍是一个发展中的研究领域，但未来在神经损伤后的治疗以及神经退行性疾病的治疗中，有望开发以LAM为靶点的新疗法。特别是，通过理解LAM如何促进或抑制神经再生，可能为制定更有效的治疗策略提供基础。

LAM不仅参与脂质代谢，还可能在神经再生过程中发挥重要作用，并有可能成为促进神经损伤后再生和修复的机制中的重要调节因子。今后的研究有望进一步阐明LAM与神经再生的具体关联，以及利用这一点的治疗方法的可能性。

与M2巨噬细胞有何关联？

脂质相关巨噬细胞（LAM）与M2巨噬细胞有着密切的关联。M2巨噬细胞作为抗炎性巨噬细胞而为人所知，参与组织修复、免疫抑制和肿瘤进展，而LAM同样具有免疫抑制特性，被定位为一种具有专注于脂质代谢特征的亚型。

M2巨噬细胞与LAM的关联

1. 极化与功能：M2巨噬细胞处于促进炎症抑制和组织修复的“替代激活”状态，并分泌抗炎性细胞因子（如IL-10、TGF-β等）。LAM与M2巨噬细胞一样，也具有抗炎作用，尤其参与脂质的摄取和代谢。这些巨噬细胞在肿瘤微环境和慢性炎症部位发挥免疫抑制作用，有时会帮助肿瘤的生长和进展。
2. 基因表达的相似性：LAM与M2巨噬细胞往往具有共同的基因表达谱。例如，作为M2巨噬细胞标志物的CD206（MRC1）和CD163，在LAM中也可能高表达。由此提示LAM是M2巨噬细胞的一个亚群。
3. 与脂质代谢的关系：M2巨噬细胞与脂质代谢密切相关。在脂质代谢活跃的环境中，M2巨噬细胞更容易分化为LAM，尤其会增强脂质代谢相关基因（如APOE、FABP5等）的表达。由此，LAM通过脂质代谢有助于肿瘤和炎性疾病的进展。
4. 在肿瘤微环境中的作用：M2巨噬细胞在肿瘤微环境中发挥促进肿瘤免疫逃逸的作用，并促进肿瘤进展。同样，LAM在肿瘤微环境中也具有免疫抑制作用，发挥帮助肿瘤细胞逃避免疫系统的作用。特别是，与携带EGFR突变的非小细胞肺癌（NSCLC）的奥希替尼耐药相关，研究表明LAM通过具有M2巨噬细胞的特性，促进了治疗抵抗性。

LAM常常被归类为M2巨噬细胞的一个亚型或其一部分，二者在参与免疫抑制、组织修复和脂质代谢这一点上密切相关。尤其在肿瘤和慢性炎症的环境中，可以理解为M2巨噬细胞分化为LAM，通过脂质代谢形成免疫抑制环境，并有助于疾病的进展。

M2与LAM有何区别？

M2巨噬细胞与脂质相关巨噬细胞（LAM）都是发挥免疫抑制作用的巨噬细胞亚型，但在若干方面存在差异。以下列出主要区别。

1. 定义与特性

• M2巨噬细胞：

  • 定义：M2巨噬细胞是参与抗炎和组织修复的“替代激活”巨噬细胞，可营造免疫抑制环境。
  • 特性：分泌IL-10、TGF-β等抗炎性细胞因子，抑制炎症，促进组织的修复和再生。此外，已知其参与寄生虫感染、创伤愈合和肿瘤进展。

• 脂质相关巨噬细胞（LAM）：

  • 定义：LAM是一种具有尤其与脂质代谢相关特征的巨噬细胞亚型，在脂肪组织和肿瘤微环境等富含脂质的环境中被激活。
  • 特性：专注于脂质的摄取和储存，高表达脂质代谢相关基因（如APOE、FABP、PLA2G7等）。主要在肿瘤微环境中发挥免疫抑制作用，参与肿瘤的进展和治疗抵抗性。

2. 基因表达与功能

• M2巨噬细胞：

  • 基因表达：M2巨噬细胞高表达CD206（MRC1）、CD163、Arginase-1（ARG1）等基因。
  • 功能：参与组织修复、创伤愈合、寄生虫清除以及促进肿瘤免疫逃逸。一般而言，参与炎症的消退和慢性炎症的控制。

• LAM：

  • 基因表达：LAM高表达APOE、FABP、LGALS3、PLA2G7等脂质代谢相关基因。
  • 功能：专注于脂质代谢，参与脂质的摄取、蓄积和代谢。尤其发挥与肿瘤生长和治疗抵抗性相关的作用。

3. 组织分布与环境

• M2巨噬细胞：

  • 组织分布：见于体内各种组织，尤其在创伤部位、寄生虫感染部位、慢性炎症部位等处被激活。
  • 环境：常常在炎症后的修复过程和慢性炎症环境中被激活。

• LAM：

  • 组织分布：主要存在于脂肪组织、富含脂质的环境或肿瘤微环境中。
  • 环境：在脂质代谢发挥重要作用的环境中被激活，如肿瘤微环境、动脉粥样硬化斑块、肥胖组织等。

4. 临床意义

• M2巨噬细胞：
  • 临床意义：M2巨噬细胞在促进创伤愈合和组织修复的同时，也可能帮助肿瘤的免疫逃逸，促进治疗抵抗性。
• LAM：
  • 临床意义：LAM尤其在肿瘤微环境中发挥增强肿瘤生长和治疗抵抗性的作用，在与脂质代谢相关的疾病（如动脉粥样硬化、肥胖、癌症等）中很重要。LAM作为治疗靶点的潜力正在被研究。

M2巨噬细胞与LAM都具有免疫抑制特性，但LAM的不同之处在于其尤其专注于脂质代谢。M2巨噬细胞具有更广泛的免疫调节功能，在各种病理状况中发挥作用，而LAM则具有专注于脂质代谢和肿瘤环境的作用。理解这些区别对于理解疾病的病理状态以及开发新疗法具有重要意义。

进行了哪些单细胞分析？

单细胞分析是一种分析单个细胞基因表达谱的方法，尤其有助于理解异质性高的细胞群体。关于文献中提及的单细胞分析，使用了以下方法。

1. 单细胞RNA测序（scRNA-seq）

• 目的：通过分析单细胞水平的基因表达谱，评估细胞群体内的异质性，并阐明特定的细胞亚型及其功能特征。

• 对象：从脑脊液（CSF）中所含的携带EGFR突变的非小细胞肺癌（NSCLC）患者获得的细胞。

• 分析流程：

  • 进行细胞的分离和单细胞水平的RNA测序，获取各细胞的基因表达数据。
  • 基于所获取的数据，使用t-SNE（t-distributed stochastic neighbor embedding）和UMAP（Uniform Manifold Approximation and Projection）等降维技术对细胞群体进行聚类。
  • 针对各个簇，基于特定标志基因的表达鉴定细胞类型。

2. 细胞簇的特征评估

• 簇的鉴定：
  • 将所获得的细胞群分类为T细胞、B细胞、巨噬细胞、单核细胞、树突状细胞（DCs）以及上皮细胞等，并进一步鉴定这些细胞内细分的亚型（例如RNASE1_M、LYVE1_FOLR2_M等）。
• 功能评分：
  • 评估各细胞簇的功能特性（例如抗原提呈、吞噬、血管新生等），以阐明各个簇的作用。

3. 表达通路分析与轨迹分析

• 目的：为追踪巨噬细胞的发育轨迹，理解与奥希替尼耐药相关的亚型（如RNASE1_M）的形成过程而进行。

• 方法：

  • 制作显示细胞发育轨迹的树形图，可视化各细胞所经历的路径。
  • 分析特定基因的表达如何沿轨迹变化，鉴定与耐药相关的基因和通路。

4. 细胞间相互作用的分析

• 目的：为阐明巨噬细胞与其他细胞（例如肿瘤细胞和T细胞）之间发生何种相互作用。

• 方法：

  • 使用CellPhoneDB等工具，预测细胞间的配体-受体相互作用。
  • 分析具体的相互作用（例如CD47-SIRPA通路），评估其如何有助于肿瘤的免疫逃逸和治疗抵抗性。

5. 亚型特异性的基因表达与调节因子的鉴定

• 目的：鉴定特定巨噬细胞亚型（例如RNASE1_M）所特有的基因表达谱，并阐明调控其的调节因子。

• 方法：

  • 鉴定各亚型中存在差异的基因，分析其生物学功能及所参与的通路。
  • 此外，构建转录因子的调节网络，阐明哪些转录因子在特定亚型中发挥重要作用。

在本研究中，使用了以单细胞RNA测序为核心的多种分析方法，全面分析了非小细胞肺癌脑脊液中巨噬细胞的异质性以及与治疗抵抗性相关的机制。由此，单个细胞水平的详细理解得以推进，有望由此带来新治疗靶点的发现。

使用了哪些仪器？

在本研究中，为进行单细胞RNA测序（scRNA-seq），使用了以下仪器和软件：

仪器

• BD Rhapsody Single-Cell Analysis System (BD, USA)：用于单细胞文库的准备。
• Illumina NextSeq Platform：用于测序。
• NanoDrop 2000 Spectrophotometer (Thermo Fisher Scientific)：用于RNA浓度的定量。
• CFX96 Touch Real-Time PCR Detection System (Bio-RAD)：用于实时PCR。

软件

• fastp：用于过滤接头序列和去除低质量reads。
• UMI-tools：用于单细胞转录组分析。
• STAR：用于映射到人类基因组。
• Seurat：用于标准化和聚类。
• Monocle 2.0：用于重建巨噬细胞的发育轨迹。
• SCENIC：用于转录因子调节网络分析。

这些仪器和软件协同配合，进行单细胞水平的详细基因表达分析，完成了作为本研究目的的、与奥希替尼耐药及软脑膜转移相关的巨噬细胞亚型的鉴定。