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Nature | 脑肿瘤免疫治疗为何屡屡碰壁？研究人员破解髓系细胞“四副面孔”

生物探索

2025-03-03 16:35发布于江苏科学领域创作者

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引言

脑肿瘤治疗领域正面临一个令人困惑的谜题：为何在其他癌症中屡建奇功的免疫治疗，对恶性胶质瘤却频频失效？2月26日发表于《Nature》的研究“Programs, origins and immunomodulatory functions of myeloid cells in glioma”给出了颠覆性答案——研究人员发现，胶质瘤微环境中潜藏着一群“双面间谍”：占据肿瘤半壁江山的髓系细胞，竟携带四套截然不同的基因程序，在促癌与抗癌之间反复切换身份。这些细胞既可能释放炎症因子唤醒免疫系统，又能通过清道夫受体吞噬抗癌信号，甚至将常用激素药物转化为免疫抑制的“帮凶”。

研究团队通过85例患者肿瘤的单细胞图谱解析，首次揭示髓系细胞并非传统认知的固定类型，而是像“变形金刚”般动态切换四大程序：系统性炎症程序（IL1B/TNF）、小胶质特异性炎症程序（CXCR4/PDK4）、补体抑制程序（C1QA/CD163）和清道夫抑制程序（MRC1/LYVE1）。令人震惊的是，这些程序与细胞来源无关——无论是大脑原住民小胶质细胞，还是从血液迁移的单核细胞，都可能在肿瘤微环境影响下启动相同程序。空间转录组更描绘出“肿瘤地理学”图景：缺氧区域聚集着清道夫程序细胞，形成T细胞的“死亡禁区”；血管周围补体程序细胞构筑药物渗透屏障，而炎症区域则成为免疫细胞的“风暴眼”。

更值得警惕的是，临床常用的地塞米松被发现可长期激活补体程序，即使停药两周，免疫抑制效应仍不可逆。但曙光已然显现：针对表观遗传调控因子p300的抑制剂，在类器官模型中成功将免疫抑制程序逆转60%，为突破治疗困局指明新方向。这项研究不仅解开了胶质瘤免疫治疗失效的谜团，更开创了“靶向细胞程序而非类型”的治疗新范式——在未来的精准医疗蓝图中，医生或将通过检测CSF中的C1QB蛋白，预判患者对免疫治疗的响应，并组合表观遗传药物重编程肿瘤微环境。当研究人员破译了这些“细胞变形记”的密码，一场针对脑癌的免疫治疗革命正在蓄势待发。

脑癌免疫治疗的困境：90%患者无效的深层原因

胶质母细胞瘤（Glioblastoma）被称为“神经外科的噩梦”——这种生长在大脑深处的恶性肿瘤，每年夺去全球近20万人的生命。尽管免疫治疗在黑色素瘤、肺癌等领域取得突破，但对胶质瘤的有效率不足10%。该研究揭示了关键原因：肿瘤中占比高达50%的髓系细胞（Myeloid Cells）并非单纯的“免疫卫士”，而是携带四套截然不同的基因程序，在免疫抑制和炎症反应间反复横跳。

单细胞测序数据显示，胶质瘤微环境中的小胶质细胞（Microglia）、巨噬细胞（Macrophage）等髓系细胞呈现惊人异质性。它们既可能分泌促炎因子招募T细胞，也可能通过清除补体蛋白（Complement Proteins）或劫持营养代谢通路，为肿瘤打造“铜墙铁壁”。更令人震惊的是，这些程序与细胞来源无关——无论是大脑原住民（小胶质细胞）还是从血液迁移来的单核细胞（Monocyte），都可能在肿瘤影响下启动相同程序。

免疫系统的“特洛伊木马”：髓系细胞的四套基因程序

通过整合85例胶质瘤患者的单细胞转录组（scRNA-seq）、染色质开放区域（Chromatin Accessibility）和空间转录组数据，研究团队发现了四套核心程序：

系统性炎症程序（Systemic Inflammatory Program）

特征基因：IL1B、TNF、CXCL8

功能：释放细胞因子招募免疫细胞，触发全身炎症反应

分布：所有肿瘤类型均存在，但易被肿瘤微环境逆转

小胶质炎症程序（Microglial Inflammatory Program）

特征基因：CXCR4、PDK4、P2RY13

功能：促进淋巴细胞浸润，与神经元互动维持脑部稳态

特异性：仅见于中枢神经系统肿瘤

补体抑制程序（Complement Immunosuppressive Program）

特征基因：C1QA、VSIG4、CD163

功能：激活补体系统抑制T细胞，促进伤口修复样免疫抑制

临床关联：与地塞米松（Dexamethasone）治疗显著相关

清道夫抑制程序（Scavenger Immunosuppressive Program）

特征基因：MRC1（CD206）、MSR1（CD204）、LYVE1

功能：通过吞噬代谢废物、分泌RNASE1等抑制免疫反应

预后意义：高表达者总生存期缩短30%（P=0.04）

肿瘤的“地理学”：微环境如何塑造免疫细胞命运

空间转录组分析揭示了胶质瘤的“生态位地图”：

缺氧区：清道夫程序主导，巨噬细胞高表达CD206，与肿瘤细胞代谢废物共定位

血管区：补体程序活跃，C1QB+细胞包裹新生血管，阻断药物渗透

炎症区：系统性炎症与小胶质程序共存，形成免疫细胞“集散中心”

有趣的是，血液来源的单核细胞一旦进入肿瘤，48小时内即可获得小胶质细胞的特征标记物（如TMEM119）。这种跨谱系可塑性（Plasticity）让髓系细胞像变色龙般适应不同微环境——例如在低氧环境下，AP-1转录因子驱动巨噬细胞从促炎表型转为免疫抑制状态。

类器官模型揭示治疗陷阱：激素为何适得其反？

研究团队构建患者来源的胶质瘤类器官（GBO），模拟临床场景发现：

地塞米松（Dex）在抑制水肿的同时，通过糖皮质激素受体（GR）持续激活补体程序，即使停药两周，免疫抑制效应仍不可逆；

干扰素γ（IFNγ）可部分逆转抑制性程序，但需穿透血脑屏障（BBB）的递送系统；

关键调控节点p300/CBP抑制剂（如GNE-781）能阻断AP-1通路，使清道夫程序表达降低60%；

这一发现解释了为何许多免疫治疗临床试验失败——患者在入组前接受的激素治疗，已使肿瘤微环境“预编程”为免疫荒漠。

临床启示录：四套程序的预后密码

对TCGA、GLASS等大型队列的再分析显示：

IDH突变型肿瘤中，小胶质程序占比达35%（vs.野生型15%），可能与2-羟基戊二酸代谢相关；

复发肿瘤中补体程序上升2.8倍，提示免疫抑制的累积效应；

清道夫程序高表达者对PD-1抑制剂应答率不足5%，但联合p300抑制剂可提升至40%（小鼠模型）；

更惊人的是，空间关联分析发现T调节细胞（Treg）与补体程序细胞形成“免疫抑制同盟”，而记忆T细胞则被隔离在缺氧区外。这种地理隔离为局部给药提供了理论依据。

治疗新策略：靶向“程序”而非“细胞类型”

基于上述发现，研究者提出三步走策略：

诊断层面：通过CSF检测补体蛋白（如C1QB）或血浆外泌体中的CD206，预测免疫治疗敏感性

增敏阶段：使用p300抑制剂或IL-1β拮抗剂重塑髓系细胞表型

联合治疗：CAR-T细胞搭载缺氧响应元件（HRE），靶向清道夫程序富集区域

目前，靶向VSIG4、CD47等免疫检查点的纳米药物已在灵长类实验中展现穿透血脑屏障的能力，联合放疗可激活“冷肿瘤”转为免疫热点。

未来：从胶质瘤到泛癌种的免疫调控蓝图

该研究的范式突破在于：首次证明免疫细胞功能由其执行的“程序”而非发育起源决定。这一发现不仅适用于胶质瘤——在乳腺癌、肺癌中，系统性炎症和补体程序同样主导免疫微环境。

随着单细胞多组学技术的普及，未来可能实现“免疫程序图谱”的个体化绘制。例如，通过甲基化标记追踪髓系细胞的表型转换历史，或利用CRISPR筛选关键调控因子。

我们不再问“这些细胞是什么”，而是“它们正在执行什么指令”——这为精准免疫治疗打开了新维度。

胶质瘤的免疫微环境如同一部精密编排的交响乐，而髓系细胞是手握四份乐谱的指挥家。破解这些乐谱的转换规则，不仅关乎脑癌治疗的突破，更将重塑我们对肿瘤—免疫互作的认知。当研究人员的目光从“细胞身份”转向“程序逻辑”，一场癌症治疗的范式革命正在悄然来临。

参考文献

Miller TE, El Farran CA, Couturier CP, Chen Z, D'Antonio JP, Verga J, Villanueva MA, Gonzalez Castro LN, Tong YE, Saadi TA, Chiocca AN, Zhang Y, Fischer DS, Heiland DH, Guerriero JL, Petrecca K, Suva ML, Shalek AK, Bernstein BE. Programs, origins and immunomodulatory functions of myeloid cells in glioma. Nature. 2025 Feb 26. doi: 10.1038/s41586-025-08633-8. Epub ahead of print. PMID: 40011771.

责编|探索君

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