巨噬細(xì)胞是腫瘤免疫微環(huán)境（TIME）的重要組成部分，在不同癌癥類型中表現(xiàn)出功能的多樣性以及與預(yù)后的緊密聯(lián)系。在多種癌癥中，SPP1+巨噬細(xì)胞已被發(fā)現(xiàn)是一種常見的腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞（TAM）亞群，且與不良預(yù)后相關(guān)（相關(guān)閱讀：巨噬細(xì)胞竟然還有這么多亞群？Cancer Discovery發(fā)文揭秘巨噬細(xì)胞空間異質(zhì)性與臨床意義）。在結(jié)直腸癌和胃癌等癌癥中，SPP1+巨噬細(xì)胞參與了炎癥細(xì)胞因子的產(chǎn)生、腫瘤細(xì)胞的上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化以及血管生成等過程。然而，在頭頸部鱗狀細(xì)胞癌（HNSCC）中其機(jī)制尚不明確，因此對SPP1+巨噬細(xì)胞的研究有望揭示HNSCC發(fā)病和進(jìn)展的新機(jī)制，為治療提供新的靶點(diǎn)。
近期，上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第九人民醫(yī)院口腔頜面頭頸腫瘤科張建軍研究員和檢驗(yàn)科郭海艷醫(yī)師共同通訊在Journal of Experimental & Clinical Cancer Research (IF:11.4)發(fā)表題為“SPP1+ macrophages promote head and neck squamous cell carcinoma progression by secreting TNF-α and IL-1β”的論文。該研究探究了 SPP1+巨噬細(xì)胞在HNSCC中的作用機(jī)制，發(fā)現(xiàn)了其通過分泌TNF-α和IL-1β促進(jìn)腫瘤進(jìn)展，為HNSCC治療提供了潛在靶點(diǎn)。（華盈生物為該研究提供了細(xì)胞因子檢測服務(wù)）。
| 01、腫瘤特異性SPP1+Macs的鑒定
研究者對來自5名HNSCC患者的配對腫瘤組織和癌旁組織開展了scRNA-seq分析，確定了細(xì)胞組成和免疫細(xì)胞比例，發(fā)現(xiàn)了髓系細(xì)胞在腫瘤組織中增加，其中SPP1+Macs在腫瘤組織中顯著增多（圖1），可能與腫瘤進(jìn)展有關(guān)。
圖1 scRNA-seq發(fā)現(xiàn)SPP1+Macs在腫瘤組織中增多
| 02、腫瘤特異性SPP1+Macs與不良預(yù)后相關(guān)
研究者通過組織免疫熒光檢測和組織基因表達(dá)分析（圖2），驗(yàn)證了腫瘤組織中的SPP1+Macs比例更高，SPP1基因在腫瘤組織中的表達(dá)增加，并且與不良預(yù)后相關(guān)。TCGA數(shù)據(jù)庫分析同樣表明了SPP1與不良預(yù)后相關(guān)，可作為生物標(biāo)志物。
圖2 SPP1+Macs與HNSCC不良預(yù)后相關(guān)
| 03、SPP1+Macs通過分泌細(xì)胞因子促進(jìn)HNSCC進(jìn)展
為了分析SPP1+Macs對腫瘤細(xì)胞的作用，研究者通過GSVA分析了SPP1+Macs富集的通路，發(fā)現(xiàn)了細(xì)胞因子產(chǎn)生在SPP1+ Macs中更加富集，推測SPP1+Macs或許通過分泌細(xì)胞因子作用于腫瘤細(xì)胞。在THP-1細(xì)胞分化的巨噬細(xì)胞中過表達(dá)和敲除了SPP1，收集培養(yǎng)上清處理HNSCC細(xì)胞或者進(jìn)行細(xì)胞共培養(yǎng)，結(jié)果顯示過表達(dá)SPP1顯著增加腫瘤細(xì)胞增殖和遷移（圖3）。通過Luminex檢測40種趨化因子和炎癥因子（華盈生物提供了該服務(wù)），以及ELISA驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)揭示了MIF、TNF-α和IL-1β是差異表達(dá)最顯著的細(xì)胞因子（圖3）。提示SPP1+ Macs或許通過分泌這些因子發(fā)揮作用。
圖3 SPP1+Macs通過分泌細(xì)胞因子促進(jìn)腫瘤細(xì)胞進(jìn)展
| 04、SPP1+Mac分泌的TNF-α和IL-1β促進(jìn)HNSCC細(xì)胞體外增殖和遷移
進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)表明，外源性添加TNF-α和IL-1β，而不是MIF，可促進(jìn)HNSCC細(xì)胞增殖和遷移。添加抑制劑VGX-1027（抑制巨噬細(xì)胞分泌TNF-α和IL-1β）可抑制腫瘤細(xì)胞增殖和遷移（圖4）。
圖4 TNF-α和IL-1β可介導(dǎo)SPP1+Mac的促腫瘤作用
| 05、SPP1+Macs分泌TNF-α和IL-1β受NF-κB信號通路調(diào)節(jié)
前期研究表明了OPN（SPP1基因編碼的蛋白）與NF-κB信號通路激活有關(guān)。研究者發(fā)現(xiàn)了過表達(dá)SPP1的巨噬細(xì)胞中NF-κB信號通路活性增強(qiáng)（p65和IκBα磷酸化增加、IκBα表達(dá)降低），而用NF-κB抑制劑PDTC預(yù)處理巨噬細(xì)胞，可減弱該現(xiàn)象（圖5）。同時(shí)，PDTC抑制了巨噬細(xì)胞中TNF-α和IL-1β的分泌（圖5），并抑制了與這些巨噬細(xì)胞共培養(yǎng)的腫瘤細(xì)胞的增殖和遷移，表明了SPP1+Macs通過激活NF-κB信號通路增加TNF-α和IL-1β分泌。
圖5 NF-κB調(diào)節(jié)TNF-α和IL-1β的分泌
| 06、SPP1+Macs體內(nèi)促進(jìn)HNSCC進(jìn)展
體內(nèi)移植巨噬細(xì)胞和腫瘤細(xì)胞的混合體，結(jié)果發(fā)現(xiàn)SPP1+Macs可以促進(jìn)HNSCC腫瘤生長，而敲低SPP1、抑制TNF-α和IL-1β分泌或NF-κB信號可抑制腫瘤生長。
圖6 體內(nèi)SPP1+Macs促腫瘤作用
| 總結(jié)與討論
本研究發(fā)現(xiàn)了SPP1+巨噬細(xì)胞通過激活NF-κB通路增加TNF-α和IL-1β的分泌，促進(jìn)HNSCC細(xì)胞增殖和遷移，SPP1可作為HNSCC預(yù)后和診斷標(biāo)志物及潛在治療靶點(diǎn)。研究者也提出了今后仍需在臨床中進(jìn)一步驗(yàn)證，探究其與其他免疫細(xì)胞的關(guān)系。隨著空間腫瘤學(xué)的發(fā)展，我們認(rèn)為利用高分辨的空間單細(xì)胞蛋白組和空間轉(zhuǎn)錄組等手段，在空間原位上分析SPP1+巨噬細(xì)胞、TNF-α和IL-1β的表達(dá)與腫瘤細(xì)胞或其他免疫細(xì)胞的關(guān)系，可以為深度理解SPP1+巨噬細(xì)胞的作用提供新的視角。
| 相關(guān)文獻(xiàn)
Liu C, Wu K, Li C, Zhang Z, Zhai P, Guo H, Zhang J.SPP1+ macrophages promote head and neck squamous cell carcinoma progression by secreting TNF-α and IL-1β.J Exp Clin Cancer Res. 2024;43(1):332.