《自然·癌症》:放疗可诱导中性粒细胞组织修复相关反应 促进肿瘤转移

来源：奇点蛋糕2022-03-20 21:15

目前，放射治疗是癌症患者最常规、最有效的治疗方法之一，约60%的癌症患者会接受放射治疗。随着放射治疗设备和影像技术的改变，放射治疗的有效性和可靠性越来越高。尽管如此，放射治疗过程中对健康组织的意外伤害仍然是不可避免的。组织损伤先带来炎症反应，后期就要开始组织修复。组织修复(再生)需要抑制炎症免疫反应，类似于肿瘤免疫抑制的微环境。然而，辐射损伤修复微环境与肿瘤转移之间的关系仍不清楚

目前，放疗是患者最常规、最有效的治疗方法之一，约60%的癌症患者会接受放疗。

随着放射治疗设备和影像技术的改变，放射治疗的有效性和可靠性越来越高。尽管如此，放射治疗过程中对健康组织的意外伤害仍然是不可避免的。

组织损伤先带来炎症反应，后期就要开始组织修复。组织修复(再生)需要抑制炎症免疫反应，类似于肿瘤免疫抑制的微环境。然而，辐射损伤修复微环境与转移的关系仍不清楚。

近日，伦敦玛丽女王大学Ilaria Malanchi领导的研究团队在《自然？癌症》发表了重要研究成果。

他们发现，小鼠健康肺受照射后，大量外周循环中性粒细胞浸润到损伤部位，产生与组织修复相关的中性粒细胞反应，激活肺上皮细胞的Notch信号通路，促进肿瘤向肺转移。中性粒细胞脱颗粒抑制剂Nexinhib20或Notch抑制剂DAPT能有效抑制中性粒细胞介导的转移。

马兰奇团队之前的研究表明，当发生肺转移时，肺组织会发生一种组织再生[2]。随后，马兰奇的团队分析了前期和临床研究的数据，发现乳腺癌病灶同侧肺组织的转移在接受放疗的患者中更为常见[3，4]。

因此，马兰奇的团队想知道放疗对健康组织的意外伤害是否可能有助于细胞转移。如果是这样，他们也想知道潜在的分子机制是什么。

为了回答这一假设，马兰奇的团队利用辐射(单剂量13Gy)引起的急性肺损伤，结合移植肿瘤细胞的小鼠模型，探索健康组织损伤与转移的关系。

小鼠辐射引起急性肺损伤后，无论是将肿瘤细胞原位移植到乳腺还是直接移植到尾静脉，研究人员发现，移植14-21天后，辐射组小鼠肺部肿瘤数量和肺组织切片显示面积急剧增加。

为了消除个体差异，他们精确照射小鼠右肺造成损伤，然后将肿瘤细胞植入尾静脉。实验数据显示，小鼠右肺叶数明显高于未照射的左肺叶数。

在辐射导致小鼠急性肺损伤后，马兰奇的团队也通过组织切片染色证实了辐射确实会导致组织损伤，如DNA断裂。此外，他们还有一个意想不到的发现：进入损伤肺的中性粒细胞明显增加，并呈现多分叶核和颗粒蛋白含量增加的炎症活化细胞形式。

为了验证浸润的中性粒细胞是否参与促进细胞转移到受损组织进行定居，马兰奇的团队采用了一种阳性和一种阴性策略。

我们来看第一个策略。从照射前一天到实验结束，他们每天给小鼠腹腔注射抗Ly6G抗体，清除小鼠体内的中性粒细胞。辐射7天后，他们通过尾静脉将肿瘤细胞注入小鼠体内。肿瘤细胞移植7天后，他们发现去除中性粒细胞可以有效抑制转移到肺部的生长。

在第二种策略中，他们使用G-csf(粒细胞刺激因子)敲除小鼠作为肿瘤移植受体。从照射前一天开始，每隔一天皮下注射外源性重组粒细胞刺激因子(rGCSF)四次，以补充GCSF给G-csf基因敲除小鼠。照射7天后，移植尾静脉肿瘤细胞。移植肿瘤细胞7天后，他们发现rGCSF注射可以促进向肺部转移。

基于上述研究结果，马兰奇团队推测，辐射对健康肺组织的损伤可以预激活浸润的中性粒细胞，进而改造肺微环境，以利于细胞转移和定植。

为了验证这一猜想，马兰奇的团队设计了第二个移植实验：首先对供体小鼠的肺部进行照射，7天后用抗Ly6G磁珠富集分离肺部浸润的中性粒细胞。将这些预先激活的中性粒细胞转移到正常小鼠体内，然后通过尾静脉注射细胞。

结果显示，移植了预先活化的中性粒细胞的小鼠的肺部肿瘤数量明显高于对照组。实验结果表明，这组预活化的中性粒细胞具有将肺微环境转化为有利于转移的能力。

为了探索受预活化的中性粒细胞影响的肺部特定靶细胞群，Malanchi团队用抗Ly6G抗体清除中性粒细胞，然后通过流式细胞仪分选肺上皮细胞(CD45-CD31-Ter119-EpCAM)和间充质细胞(CD45-CD31-Ter119-EpCAM-)，并测序RNA-Seq。

主成分聚类分析表明，放射加注射抗Ly6G抗体实验组的样本和单纯放射实验组的样本不能聚在一起。这说明中性粒细胞的清除对放射治疗的肺上皮细胞有很大影响。结合肺器官体外培养的模型实验，证实了预先活化的中性粒细胞能更好地活化肺上皮细胞。

为了探索预活化的中性粒细胞对肺上皮细胞功能的影响，马兰奇团队深入分析了肺上皮细胞的RNA-Seq数据。结果预先活化的中性粒细胞激活了肺上皮细胞的Notch信号通路。

为了弄清这组Notch信号通路异常激活的肺上皮细胞是否参与肿瘤细胞转移，马兰奇团队构建了转基因小鼠(sft PC-CreER；IRES绿色荧光蛋白.然后，将该小鼠与自发性乳腺癌小鼠(MMTV-PyMT)交配，以获得能够自发原位乳腺并通过三苯氧胺特异性诱导的II型肺泡细胞激活Notch信号通路的小鼠模型。

在上述小鼠模型的帮助下，他们发现Notch过度激活的II型肺泡细胞确实可以促进乳腺癌的肺转移。他们还通过单细胞测序分析证实，受辐射的肺上皮细胞的Notch信号通路在细胞到达之前已经过度激活。

鉴于转录因子Sox9是Notch1的下游靶基因[5]，马兰奇团队想知道在Notch1信号通路过度激活的微环境下，肿瘤细胞的干燥度是否增强。他们发现辐射确实促进了Notch信号的传递和转移细胞的转化。

那么，故事讲到这里，我们必须回到中性粒细胞，这个研究的主角。这组预活化的中性粒细胞是如何影响肺上皮细胞的？

马兰奇的研究小组根据早先发现的中性粒细胞中细胞内颗粒蛋白的增加，推测有可能是这些颗粒蛋白的释放介导了上述过程？因此，他们提出探索颗粒蛋白的释放是否会通过抑制中性粒细胞的脱颗粒过程来影响转移。

他们发现，脱粒抑制剂Nexinhib20确实可以逆转辐射损伤肺中中性粒细胞介导的转移促进现象。此外，他们还使用了中性粒细胞弹性蛋白酶(Ela2)基因敲除小鼠模型，并获得了与抑制剂Nexinhib20相同的效果。

那么，如果抑制肺上皮细胞过度激活的Notch信号通路，是否也能达到逆转中性粒细胞介导的放射性肺转移的效果呢？

研究人员用-分泌酶抑制剂DAPT(Notch inhibitor)治疗肺辐射损伤小鼠，发现它能有效抑制肿瘤干燥，进而抑制转移和生长。(100yiyao.com)

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