免疫杀伤新模式：异质性cell-in-cell结构介导的胞内杀伤

Cell-in-cell结构是指一个或多个细胞存在于另外一个细胞内的独特结构，研究表明cell-in-cell结构广泛存在于人类肿瘤组织中并与肿瘤发生发展密切相关【1】。根据形成的细胞类型不同，cell-in-cell结构可分为同质性cell-in-cell结构（主要由肿瘤细胞之间形成）和异质性cell-in-cell结构（主要由肿瘤细胞内化免疫细胞形成）。Cell-in-cell结构通常介导内部细胞发生不同于凋亡、坏死等常规死亡方式的新型程序性细胞死亡，被国际细胞死亡命名协会纳入细胞死亡推荐名录。因此，有学者提出肿瘤细胞可以通过内化免疫细胞形成异质性cell-in-cell结构介导内部细胞死亡，促进免疫逃逸。但是，目前并无直接证据证明上述观点，异质性cell-in-cell结构与肿瘤免疫之间的关系需进一步证明。

2022年4月19日，军事科学院军事医学研究院生物工程研究所孙强研究员团队在Cell Discovery杂志上发表了题为Cell-in-cell structure mediates in-cell killing suppressed by CD44的文章【2】。文章对肿瘤细胞内化免疫细胞形成异质性cell-in-cell结构进行动态追踪和分析研究，并就CD44分子调控异质性cell-in-cell结构形成的机制和对肿瘤生长的影响进行了系统研究。提出免疫杀伤新模式：即免疫细胞通过钻入肿瘤细胞形成异质性cell-in-cell结构，从而从内部杀伤肿瘤细胞（in-cell killing），该杀伤方式具有比传统胞外杀伤（kiss-killing）更强的杀伤活性（~8倍）；更为重要的是，靶向封闭促癌分子CD44可以促进异质性cell-in-cell结构形成，进而增强免疫杀伤、抑制肿瘤生长。

研究者首先将一组肝癌细胞系分别与CCRF-CEM细胞共孵育检测其异质性cell-in-cell结构形成率，随后在此基础上应用活细胞动态示踪技术以emperitosis（肿瘤细胞内化NK细胞形成的一种异质性cell-in-cell结构）为模型探究异质性cell-in-cell结构形成率与免疫杀伤之间的关系。结果显示，异质性cell-in-cell结构形成能力与免疫杀伤正相关，并且异质性cell-in-cell结构介导的新型免疫杀伤模式-胞内杀伤具有比传统胞外杀伤更强的杀伤活性（~8倍）（图1）。进一步研究结果表明，内部NK细胞产生的granzyme B参与了异质性cell-in-cell结构介导的胞内杀伤肿瘤细胞作用。

图1 异质性cell-in-cell结构介导的胞内杀伤

为了进一步研究异质性cell-in-cell结构形成的调控机制，研究者系统筛选与异质性cell-in-cell结构形成相关的差异表达基因，发现促癌分子CD44在肿瘤细胞中表达水平与异质性cell-in-cell结构形成负相关。利用遗传学和动态显微成像追踪等技术，研究者发现，靶向封闭促癌分子CD44可以抑制RhoA分子表达，同时促进Rac1，N-cadherin和β-catenin分子表达使得肿瘤细胞粘附能力增强且细胞刚性减弱，最终促进异质性cell-in-cell结构形成进而增强胞内杀伤活性（图2）。小鼠体内实验结果表明，靶向封闭CD44促进异质性cell-in-cell结构形成可以通过增强胞内杀伤显著抑制肿瘤生长。

图2 CD44调控异质性cell-in-cell结构介导胞内杀伤模式图

综上，该研究揭示了免疫细胞杀伤靶细胞的一种全新途径，为靶向增强异质性cell-in-cell结构介导的胞内杀伤发展新型免疫治疗策略提供了实验室证据。

本研究是军事科学院军事医学研究院生物工程研究所孙强研究员及其研究团队在cell-in-cell结构研究领域的又一重大发现。2020年，该研究团队在Cell Reports上发表了题为Mechanical Ring Interfaces between Adherens Junction and Contractile Actomyosin to Coordinate Entotic Cell-in-Cell Formation的文章【3】，揭示了介导entotic CIC形成的第三个关键结构元件——着力环（mechanical ring，MR）。该结构可通过其主要组成分子vinculin介导细胞间力的传导，维持粘附连接和肌动球蛋白的不对称空间分布，连接和协调粘附连接和肌动球蛋白收缩，共同促进同质性cell-in-cell结构的形成。同年该研究团队在Signal Transduction and Targeted Therapy上发表了题为Identification and validation of heterotypic cell-in-cell structure as an adverse prognostic predictor for young patients of resectable pancreatic ductal adenocarcinoma的文章【4】，在国际上首次报道了基于荧光多标技术的胰腺导管癌中cell-in-cell结构亚型的定量分析，发现由肿瘤细胞内化免疫细胞形成的异质性cell-in-cell结构是人胰腺导管癌不良预后相关的独立预测因素，尤其是对年轻女性病人预测效力最强，优于传统的组织学分级和TNM分期。2021年，该团队在Cell death & Differentiation杂志发表了两篇系统性揭示cell-in-cell结构生物学功能的研究论文，论文题目分别为p53-dependent elimination of aneuploid mitotic offspring by entosis【5】和SARS-CoV-2 spike protein dictates syncytium-mediated lymphocyte elimination【6】。前一篇文章研究结果表明有丝分裂阻滞后产生的非整倍体子代细胞钻入邻近细胞形成同质性cell-in-cell结构，进而被清除以维持上皮稳态，抑制肿瘤发生。后一篇文章发现新冠病毒S蛋白上一段调控上皮细胞膜融合的关键致病元件，阐明其通过促进异质性cell-in-cell结构形成内化并杀死免疫细胞，导致新冠病人淋巴细胞减少和疾病重症化的全新机制，为新一代疫苗设计提供了指导，为防治提供了新的干预靶点。

该论文第一作者为军事科学院军事医学研究院生物工程研究所与中国科学技术大学联合培养博士研究生苏艳，首都医科大学附属北京世纪坛医院的黄红艳主任医师以及中国科学技术大学的骆天治教授。军事科学院军事医学研究院生物工程研究所孙强研究员为该论文的通讯作者。

https://doi.org/10.1038/s41421-022-00387-1

制版人：十一

参考文献

1. Fais S, Overholtzer M. Cell-in-cell phenomena in cancer.Nat Rev Cancer.2018 Dec;18(12):758-766. doi: 10.1038/s41568-018-0073-9.

2. Su Y, Huang H, Luo T, Zheng Y, Fan J, Ren H, Tang M, Niu Z, Wang C, Wang Y, Zhang Z, Liang J, Ruan B, Gao L, Chen Z, Melino G, Wang X, Sun Q. Cell-in-cell structure mediates in-cell killing suppressed by CD44.Cell Discov.2022 Apr 19;8(1):35. doi: 10.1038/s41421-022-00387-1.

3. Wang M, Niu Z, Qin H, Ruan B, Zheng Y, Ning X, Gu S, Gao L, Chen Z, Wang X, Huang H, Ma L, Sun Q. Mechanical Ring Interfaces between Adherens Junction and Contractile Actomyosin to Coordinate Entotic Cell-in-Cell Formation.Cell Rep.2020 Aug 25;32(8):108071. doi: 10.1016/j.celrep.2020.108071.

4. Huang H, He M, Zhang Y, Zhang B, Niu Z, Zheng Y, Li W, Cui P, Wang X, Sun Q. Identification and validation of heterotypic cell-in-cell structure as an adverse prognostic predictor for young patients of resectable pancreatic ductal adenocarcinoma.Signal Transduct Target Ther. 2020 Oct 20;5(1):246. doi: 10.1038/s41392-020-00346-w.

5. Liang J, Niu Z, Zhang B, Yu X, Zheng Y, Wang C, Ren H, Wang M, Ruan B, Qin H, Zhang X, Gu S, Sai X, Tai Y, Gao L, Ma L, Chen Z, Huang H, Wang X, Sun Q. p53-dependent elimination of aneuploid mitotic offspring by entosis.Cell Death Differ. 2021 Feb;28(2):799-813. doi: 10.1038/s41418-020-00645-3.

6. Zhang Z, Zheng Y, Niu Z, Zhang B, Wang C, Yao X, Peng H, Franca DN, Wang Y, Zhu Y, Su Y, Tang M, Jiang X, Ren H, He M, Wang Y, Gao L, Zhao P, Shi H, Chen Z, Wang X, Piacentini M, Bian X, Melino G, Liu L, Huang H, Sun Q. SARS-CoV-2 spike protein dictates syncytium-mediated lymphocyte elimination.Cell Death Differ. 2021 Sep;28(9):2765-2777. doi: 10.1038/s41418-021-00782-3.

转载须知

【非原创文章】本文著作权归文章作者所有，欢迎个人转发分享，未经作者的允许禁止转载，作者拥有所有法定权利，违者必究。