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Cell Metab | NRG4通过限制易发肿瘤的肝脏微环境来抑制非酒精性脂肪肝诱导的肝癌发展

近日,美国密歇根大学医学中心的Lin Jiandie教授团队在Cell Metabolism发表了文章Neuregulin 4 suppresses NASH-HCC development by restraining tumor-prone liver microenvironment阐明了NRG4可在NASH相关的肝癌中作为激素检查点限制易发肿瘤的肝脏微环境。


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首先作者使用了他们2019年发表在Molecular Cell上的单细胞RNA测序数据,对来源于健康小鼠和非酒精性脂肪肝小鼠的肝脏非实质细胞进行了分析。在所有11个细胞群组中巨噬细胞群包含了7,526个细胞,是占比最大的免疫细胞,根据不同的转录组特征分为五个亚群。其中Mac3亚群的巨噬细胞来自非酒精性脂肪肝,称为NASH相关的巨噬细胞(NAMs),它们表达特定的分子标志物,Trem2,Apoe,C1qa和Gpnmb。在Trem2-tdTomato小鼠的NASH肝脏中作者还观察到许多皇冠样形态的巨噬细胞。为了确定NAMs的来源,作者将表达CD45.1的供体细胞通过骨髓移植到表达CD45.2的宿主小鼠体内,经过六周的高脂饮食来诱导脂肪肝,流式分析发现超过95%的CD9和GPNMB标记的NAMs表达CD45.1,表明NASH相关的巨噬细胞来源于骨髓源性的单核细胞,与肿瘤相关的巨噬细胞相像。

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在单细胞数据中作者还发现,Tgfb1在肝脏不同细胞中都有表达,提示自分泌和旁分泌的TGFβ信号可能诱导肝脏NAMs的生成。作者用TGFβ处理体外培养的巨噬细胞,发现其能显著激活特定标志物Trem2,Gpnmb,Apoe和Tgfbr1的表达,证明TGFβ信号诱导了非酒精性脂肪肝中巨噬细胞的生成。接着作者在NASH肝脏中发现与CD8+ T细胞耗竭相关的基因Pdcd1,Tox和Eomes表达上调,而T细胞激活相关受体Cd40lg和Icos均下调,表明在NASH肝脏中普遍存在CD8+ T细胞耗竭的现象。以上证明Trem2阳性的巨噬细胞和耗竭的CD8+ T细胞会让NASH小鼠进一步发展为肝癌。

作者在先前的研究中发现NRG4(Neuregulin 4)是一种脂肪组织富集的内分泌因子,作用于肝脏来保证小鼠的正常代谢,能减轻压力诱导的肝损伤和饮食诱导的非酒精性脂肪肝,也有研究表明NRG4可调控肠道炎症中巨噬细胞的存活和功能。然而NRG4相关的内分泌信号在NASH诱导的肝癌中对肝脏免疫微环境和肿瘤发生的影响却未可知。接下来作者对NRG4敲除和野生型小鼠做了bulk RNA-seq,分析发现NRG4敲除上调了NAMs和T细胞耗竭相关基因的表达,下调了脂质代谢,底物氧化和甾体激素合成相关基因。作者对NRG4敲除和野生型小鼠同时进行DEN或者NASH诱导喂养,发现NRG4敲除鼠总体肿瘤数量增加了2.6倍, CD8+ T细胞增殖受到抑制,PD1阳性的 CD8+ T细胞增加至少两倍,表明NRG4在NASH相关的HCC中扮演了激素样的肿瘤抑制作用。在确认了NRG4功能之后,作者分别在脂肪组织中过表达NRG4和使用腺病毒介导NRG4重组融合蛋白的过表达,经过NASH饮食喂养后,发现与对照组相比,肝脏肿瘤负荷减少,肝功能显著改善。

作者又构建了NRG4人源性重组融合蛋白(hNRG4-Fc)对NASH-HCC进行治疗,该重组蛋白在循环系统中非常稳定,在小鼠体内半衰期能达到四天,能显著降低NAMs的生成和T细胞的耗竭,2.5 mg/kg剂量的重组蛋白就能将总肿瘤数量降低86.1%,平均存活率增加60.7%。

最后作者研究了肝脏免疫微环境对NRG4融合蛋白在NASH/HCC治疗中的影响。他们发现单用hNRG4-Fc融合蛋白能大幅减少肿瘤数和肿瘤大小,而单用PDL1抗体对肿瘤无影响。出乎意料的是,联用PDL1抗体会减弱hNRG4-Fc融合蛋白的肿瘤抑制作用。通过对单细胞数据中配体-受体进行配对分析并使用Trem2敲除鼠评估融合蛋白的疗效,作者认为在NASH-HCC中Trem2阳性的巨噬细胞抑制了CD8+ T细胞的增殖,从而影响了PDL1抗体的疗效。

Lin Jiandie教授指出,大部分的肝癌研究聚焦于癌变的肝脏细胞本身,关注它们如何增殖和如何逃避免疫系统的监视,但是我们的发现打破了这种以肝细胞为中心的框架,揭示了一种来源于脂肪的激素能够重塑肝脏微环境并对肝癌的发展产生了很大影响。未来需要更多的研究来推动NRG4成为HCC治疗的靶点,Lin教授和他的团队正在探索改进该激素的治疗效果,并阐述它对肝脏中巨噬细胞和T细胞调控的细胞和分子机制。

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原文链接:

https://doi.org/10.1016/j.cmet.2022.07.010



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