肺癌发展与肺部生态失调、炎症的关联

2023-11-16 理论教育版权反馈

【摘要】：这些转录特征展现了相比与脾脏，肺中γδT细胞中的许多基因上调，如IL-1R1和IL-23R。这些结果表明微生物诱导的γδT细胞极有可能通过直接诱导肿瘤细胞增殖来促进肺癌进展。

3.1　共生菌群促进肺腺癌的发展

评估共生菌群在肿瘤起始重要性：在6.5周和15周比较GF和SPF肿瘤的大小、等级、数量。IHC感染KI67、GF小鼠更多。为进一步确认GF小鼠中菌群的缺失是导致其荷瘤更多的原因，通过将GF小鼠和SPF小鼠同笼使其获得菌群。比较Ex-GF与GF的肿瘤，发现有差异（但没有检测Ex-GF小鼠的菌群）。另外确定菌群在肺癌发生的不同阶段的作用，分别在2周、6.5周使用抗生素处理以确定菌群在肺癌发生的不同阶段的作用。

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图3-3-2　共生微生物群促进肺腺癌的发展

注：在2型肺泡细胞特异启动子Sftpc作用下，Kras突变，p53缺失的GF及SPF小鼠感染表达Cre的腺病毒。

3.2　共生微生物群的消耗抑制了肺腺癌的发展

荷瘤KP小鼠的肺部共生菌与肠道不同的数据与前人一致。肺癌显著增加了总体细菌量，但减少其多样性。尤为重要的是，微生物组与肿瘤发展呈局部相关性，仅肺部菌群与肿瘤大小相关，而肠道菌群无关。单独使用甲硝唑能有效抑制肿瘤生长，但不影响整体细菌丰度。作者进一步分离了这些肺癌晚期肿瘤中的细菌，然后在小鼠肿瘤发生之后气管注射。注射有细菌组显著加速疾病的进展。作者接着又测了炎症因子，IL-1b和IL-23p19基因表达上升。为了检测介导此反应的上游信号通路，建立KP-CD45.1小鼠模型，其骨髓来自Myd88敲除小鼠中，Myd88是许多TLRs上游的重要分子，造血系统中缺乏Myd88，抑制了肺泡巨噬细胞和中性粒细胞分别产生IL-1b和IL-23，并且显著降低肿瘤生长。

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图3-3-3　共生微生物群的消耗抑制了肺腺癌的发展

注：A.KP和健康组BALF的16S qPCR（Taqman探针法）。B.16S测序（Shannon Index）。C.BALF or fecal pellet样本中的荷瘤情况与细菌相关性。D.KP小鼠与细菌共注射实验。E.RT-PCR检测IL-1b和IL-23 p19 mRNA的表达量。F.FACS分选得到的肺泡巨噬细胞和中性粒细胞各自表达的IL-1b和IL-23 p19 mRNA含量。G.肿瘤生长的HE染色图以及定量。

3.3　与肿瘤生长相关的γδT17细胞增殖需要微生物的存在

尽管其占循环系统或者是次级淋巴组织中CD3＋淋巴细胞比例很少，通过流式图明显看出在KP的SPF中γδT细胞与LUAD相关，占比为20%。重要的是在GF小鼠中，肺中γδT细胞基本缺失（从流式图可看出，在肺组织中淋巴细胞为CD45－）。在SPF小鼠中的90%γδT细胞表达RORγt和多至75%的细胞表达促炎因子IL-17A，故定义其为γtT17细胞，相比之下，次级淋巴结与脾脏只有5%左右的γδT细胞产生IL-17A。另外，利用共聚焦显微镜拍摄的免疫荧光图可看出γtT17细胞存在于SPF小鼠中而缺失在GF小鼠肺中。以上数据表明γδT细胞主要是产生IL-17的细胞，并且以一种微生物依赖的方式对肿瘤进展起作用。

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图3-3-4　与肿瘤发展相关的γδT17细胞扩增所需的微生物群

3.4　共生菌群诱导定居在组织中的Vγ6＋Vδ1＋γδT细胞增殖和活化 (www.chuimin.cn)

有文献报道，Vγ1＋、Vγ4＋和 Vγ6＋γδT细胞存在于肺组织中，γδT17细胞主要是Vγ6＋Vγ1＋T细胞，这些细胞从胚胎时期定居在肺中，局部注射LPS和肽聚糖PGN（这些是TLLR的配体）引发γδT细胞的增殖和IL-17的产生。除此之外，直接支气管注射IL-1b和IL-23（髓系细胞暴露在微生物后产生的促炎因子），也能诱导其增殖和活化。与脾脏中的γδT细胞相比，肺中的γδT细胞主要的PLZF阳性细胞，PLZF对于分化出产生IL-17的Vγ6＋Vδ1＋γδT细胞非常重要，而对于分化出产生IFN-γ的γδT细胞非常重要的分子CD27则含量很少。另外，在肺中γδT细胞表面分子CD44、CD69和PD1比脾脏中多。这些结果提示共生菌群对于肺中γδT细胞的分化和活化非常重要。

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图3-3-5　共生微生物群诱导组织中的Vγ6＋Vδ1＋T细胞的增殖和活化

3.5　微生物诱导的γδT细胞促进中性粒细胞浸润和肿瘤进展

伴随着γδT细胞增殖，相比于SPF健康小鼠，KP小鼠中中性粒细胞浸润也显著增加，这一现象在GF小鼠中也得到验证。用γδT细胞抗体（UC7-13D5或GL3）处理后，显著抑制肿瘤生长，同时降低了IL-17A的水平、中性粒细胞的浸润以及肿瘤细胞增殖（图3-3-6B）。并且，阻断IL-17A导致G-CSF含量和中性粒细胞浸润和肿瘤生长，IL-1b表达。

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图3-3-6　共生微生物群对于肿瘤相关的肺内γδT细胞的分化和活化很重要

3.6　与肺癌相关的γδT细胞呈现出不同的转录谱

为进一步理解肺中肿瘤相关γδT细胞，作者利用RNA-seq描述其特征，肺中γδT细胞呈现出与脾脏不同的转录谱特征。进一步从TCGA数据库中找出LUAD病人的相关特征，高得分病人的基因表达谱与KP小鼠肺中γδT细胞特征类似，呈现出极差的预后。基因富集分析进一步揭示了这些γδT细胞与活化的人类γδT细胞相似，另外KP肺中的γδT细胞和定居在组织中的αβT细胞有相似特征，其上调的LPS反应基因提示它们经历了肺部微生物的刺激。这些转录特征展现了相比与脾脏，肺中γδT细胞中的许多基因上调，如IL-1R1和IL-23R。靶向IL-22RA1导致肿瘤显著减小，高水平的IL-22RA1表达的病人其预后不佳。这些结果表明微生物诱导的γδT细胞极有可能通过直接诱导肿瘤细胞增殖来促进肺癌进展。

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图3-3-7　微生物诱导的γδT细胞促进中性粒细胞浸润和肿瘤的发展

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图3-3-8　与肺肿瘤相关的gdT细胞表现出不同的转录谱

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