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Nature | Serpins:胰腺癌编织纤维蛋白免疫抑制生态位

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撰文|易

胰腺导管腺癌(PDAC)是最致命的恶性肿瘤之一,五年生存率仅约13%。尽管免疫检查点治疗已改变多种肿瘤的治疗格局,PDAC却几乎完全不从抗PD-1治疗获益,其核心在于高度免疫抑制且富含细胞外基质的肿瘤微环境:部分PDAC几乎完全缺乏CD8⁺ T细胞浸润,存在T细胞的病例中T细胞又多为耗竭状态,致密的基质与ECM进一步阻碍T细胞的浸润与杀伤。单细胞与空间转录组研究提示,这些抑制性信号并非均匀分布,而可能由局部肿瘤细胞亚群营造的特定微环境生态位所组织;但究竟是哪些肿瘤基因在空间上主导免疫抑制生态位的构建、免疫抵抗是肿瘤的全局属性还是局部生态位属性,此前并不清楚。

近日,美国西奈山伊坎医学院Brian D. Brown团队在Nature发表题为A serpin-myeloid axis in pancreatic cancer heterogeneity and immune evasion的研究论文,鉴定出肿瘤来源的SERPINE1(编码纤溶酶原激活物抑制物1,PAI1)与SERPINB2(编码PAI2)是PDAC免疫逃逸的空间主导调控因子:二者通过稳定纤维蛋白富集的细胞外基质生态位,滞留并将巨噬细胞极化为免疫抑制状态,同时排斥细胞毒性T细胞;遗传敲除或药理抑制PAI1或其受体CD18均可改善肿瘤控制并与抗PD-1治疗协同。


首先,研究团队采用其自主建立的Perturb-map空间功能基因组学平台,将体内CRISPR敲除与Pro-Code蛋白条形码标记、多重免疫荧光成像结合:先用35种Pro-Code标记KPC细胞建立正位移植瘤的基线克隆追踪,再构建以凝血与纤溶通路基因为靶向的Pro-Code/CRISPR文库(以靶向F8基因的向导RNA作对照),植入免疫健全同系小鼠的胰腺后,在第7、14与21天对肿瘤进行空间成像与克隆重建。结果显示,局部免疫邻域的重塑在疾病早期即已发生,并先于晚期克隆的空间优势,提示肿瘤基因先改造免疫微环境、再据此获得生长领地;在适应性免疫压力下,Serpine1与Serpinb2被鉴定为免疫逃逸的主要调控因子,而无论在KPC细胞的体外生长还是在覆盖46种人PDAC细胞系的DepMap数据库中,二者敲除均不影响细胞内在增殖,说明其促瘤作用完全由微环境介导。

随后,研究团队生成Serpine1或Serpinb2的单基因敲除KPC细胞进行验证:原位移植后肿瘤负荷较对照减少超过50%,流式细胞术显示瘤内CD8⁺ T细胞数量增加逾一倍;单细胞测序显示终末耗竭T细胞在Serpinb2与Serpine1敲除瘤中分别减少3.5倍与1.7倍、CD8效应T细胞相应增多,免疫染色证实GZMB⁺ CD8⁺杀伤性T细胞增加超过4倍。将敲除细胞移植入缺乏T、B细胞的Rag2敲除或进一步缺乏NK细胞的NSG小鼠后,表型反转、肿瘤反而加速生长,证明serpin的促瘤作用完全依赖免疫微环境。机制上,PAI1与PAI2通过抑制uPA与tPA介导的纤溶酶生成、阻止纤维蛋白降解,在肿瘤局部形成纤维蛋白富集的ECM生态位,敲除肿瘤的纤维蛋白与胶原沉积均显著减少。

进一步,团队开发多模态Perturb-map,在同一组织切片上整合Xenium空间转录组与t-CyCIF多重成像,发现serpin缺失的肿瘤细胞下调纤溶、基质重塑、TGFβ信号与髓系趋化程序,并上调促进T细胞扩增与记忆形成的Il7、Il15;纤维蛋白经巨噬细胞表面的αMβ2整联蛋白(CD11b/CD18)结合而滞留巨噬细胞,Serpine1敲除瘤中SPP1⁺/MARCO⁺免疫抑制巨噬细胞大幅减少;体外实验中,在纤维蛋白包被表面培养的骨髓来源巨噬细胞经PDAC条件培养基刺激后ARG1与PD-L1升高而不伴CD86上调,凝血酶抑制剂阿加曲班不能逆转该极化,说明其由纤维蛋白本身而非残余凝血酶活性驱动。

在治疗与转化层面,遗传敲除任一serpin联合抗PD-1使荷瘤小鼠中位生存从24天延长至47天,接近翻倍;口服PAI1抑制剂PAI-039联合抗PD-1在KPC与KC两种PDAC模型中均显著延长生存,而抗PD-1单药无效;在对免疫治疗存在响应人群的肾细胞癌JAVELIN Renal 101队列中,高SERPINE1表达同样预示更差的无进展生存。人体验证显示,在纤维蛋白密集区,巨噬细胞显著更靠近CK19⁺ PAI1⁺或CK19⁺ PAI2⁺肿瘤细胞,该模式在独立的30例PDAC患者队列中得到重现;整合多队列人PDAC单细胞数据发现,SERPINB2⁺与SERPINE1⁺肿瘤细胞为离散亚群(共表达不足20%)并富集于基底样亚型,二者共享包括CCL2、CSF2、TGFB2、THBS1、PTGS2在内的196个上调基因;TCGA与GTEx分析显示两基因在肿瘤中优先表达,汇集8个PDAC队列共1,176例患者的荟萃分析证实高表达者总生存更差。混合移植实验进一步表明,仅占5%的serpin野生型细胞在瘤内扩张至约17%,即可将整体免疫表型拉回免疫抑制状态,且CD8⁺ T细胞的排斥呈局部而显性的模式,局部存在少量serpin阳性细胞即足以压制其所在生态位内的T细胞浸润,解释了罕见serpin阳性亚群如何主导整个肿瘤的免疫抑制景观。

综上所述,本研究将肿瘤内在遗传异质性与空间免疫微环境直接联系起来,证明PDAC的免疫抑制并非肿瘤的均一属性,而是由少量serpin高表达的肿瘤亚群在局部编织纤维蛋白生态位、滞留并驯化巨噬细胞、排斥T细胞所致;据此提出的“serpin、纤维蛋白与巨噬细胞轴”为拆解PDAC免疫抑制微环境提供了可干预的通路,且PAI1抑制剂与CD18抗体均为已有药理工具或临床可及的抗体现成药物,与抗PD-1的协同效应支持其作为免疫治疗增敏策略快速推进临床转化。

https://doi.org/10.1038/s41586-026-11002-8

制版人: 十一

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