【佳學(xué)基因檢測】腫瘤基因檢測如何指導(dǎo)免疫細(xì)胞、干細(xì)胞的選擇和應(yīng)用

轉(zhuǎn)移瘤是癌癥相關(guān)死亡的主要原因，在沒有基因解碼對腫瘤轉(zhuǎn)移的驅(qū)動基因進(jìn)行解碼之前，轉(zhuǎn)移瘤的治療往往是失敗的。通過基因解碼找到控制它們的方法對于滿足這一醫(yī)療需求至關(guān)重要。在轉(zhuǎn)移部位的腫瘤開始生長之前，癌細(xì)胞可能已經(jīng)從原發(fā)腫瘤轉(zhuǎn)移到其他部位(這一過程稱為轉(zhuǎn)移)，在那里它們可以長時間處于休眠狀態(tài)。而免疫細(xì)胞的監(jiān)視有助于維持這種休眠狀態(tài)，基因解碼提示了從休眠到轉(zhuǎn)移生長的機(jī)制，從而提供了腫瘤轉(zhuǎn)移控制基因的基因檢測方法。在基因解碼的指導(dǎo)下，Correia等人在《自然》雜志上報道了自然殺傷(NK)細(xì)胞在控制乳腺癌引起的肝轉(zhuǎn)移中的關(guān)鍵作用。

NK細(xì)胞是免疫系統(tǒng)的重要組成部分。NK細(xì)胞可以殺死其他細(xì)胞并產(chǎn)生被稱為細(xì)胞因子和趨化因子的信號傳遞物質(zhì)來調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)。NK細(xì)胞能夠直接檢測和消除多種腫瘤細(xì)胞，并通過制造細(xì)胞因子或趨化因子形成抗腫瘤免疫反應(yīng)，這是免疫細(xì)胞用以治療和控制腫瘤發(fā)生和轉(zhuǎn)移的基礎(chǔ)。

基因解碼表明，NK細(xì)胞專門清除轉(zhuǎn)移瘤，而不是以腫瘤細(xì)胞原發(fā)生長部位為目標(biāo)。對于某些癌癥來說，具有更多腫瘤浸潤性NK細(xì)胞的人似乎轉(zhuǎn)移更少，就像那些患有胃腸道肉瘤、胃癌、結(jié)腸直腸癌、腎癌或前列腺癌的人一樣。為了清楚揭示免疫細(xì)胞在抗腫瘤中的作用，基因解碼用小鼠模擬人類腫瘤的發(fā)生和轉(zhuǎn)移過程，在這些研究中，小鼠NK細(xì)胞的缺失或功能障礙也會導(dǎo)致轉(zhuǎn)移的增加。相比之下，當(dāng)NK細(xì)胞的正常調(diào)節(jié)被移除時，它們可以保護(hù)腫瘤不擴(kuò)散到肝臟和肺部。進(jìn)入休眠狀態(tài)的腫瘤細(xì)胞會下調(diào)其配體分子的表達(dá)，而配體分子可以激活NK細(xì)胞受體，并對NK細(xì)胞介導(dǎo)的殺傷產(chǎn)生抗性。

Correia和他的同事決定進(jìn)一步研究處于休眠狀態(tài)的腫瘤細(xì)胞的組成和動態(tài)。他們采用的一種方法是研究移植到小鼠體內(nèi)的人類和小鼠乳腺癌細(xì)胞的基因表達(dá)譜。這些細(xì)胞轉(zhuǎn)移到肝臟等部位，在那里它們變成了休眠的腫瘤細(xì)胞。研究人員評估了周圍基質(zhì)組織中休眠腫瘤細(xì)胞附近的細(xì)胞表達(dá)的基因。這些數(shù)據(jù)揭示了一個與NK細(xì)胞介導(dǎo)的反應(yīng)相關(guān)的基因特征。此外，Correia等人將休眠腫瘤細(xì)胞周圍的區(qū)域與無腫瘤肝臟的區(qū)域進(jìn)行了比較，發(fā)現(xiàn)NK細(xì)胞是少有在休眠期間數(shù)量增加的免疫細(xì)胞類型。這表明NK細(xì)胞在阻止休眠腫瘤細(xì)胞蘇醒的事件中起著關(guān)鍵作用。

影響腫瘤細(xì)胞休眠的相互作用。Correia等人報道了小鼠和人類的證據(jù)，表明一種稱為自然殺傷(NK)細(xì)胞的免疫細(xì)胞在阻止癌細(xì)胞擴(kuò)散(轉(zhuǎn)移)的生長中起著關(guān)鍵作用。a, IL-15分子驅(qū)動NK細(xì)胞增殖，這些細(xì)胞分泌蛋白IFN- γ，使遷移到肝臟的乳腺癌細(xì)胞處于休眠狀態(tài)。b，這種休眠狀態(tài)的退出與激活的肝星狀細(xì)胞有關(guān)，它分泌CXCL12分子。CXCL12與NK細(xì)胞上的CXCR4受體結(jié)合。這導(dǎo)致NK細(xì)胞停止分裂，并阻止它們促進(jìn)腫瘤休眠。結(jié)果是腫瘤細(xì)胞增殖。

aHSCs引導(dǎo)NK細(xì)胞耗竭并促進(jìn)肝轉(zhuǎn)移

與這一假設(shè)相一致的是，為基因檢測尋找科學(xué)依據(jù)的基因解碼表明，在小鼠腫瘤模型中，消耗NK細(xì)胞會導(dǎo)致更高水平的肝轉(zhuǎn)移。然而，如果使用細(xì)胞因子IL-15刺激NK細(xì)胞，就可以阻止肝轉(zhuǎn)移的形成，而腫瘤細(xì)胞則保持休眠狀態(tài)。腫瘤轉(zhuǎn)移基因解碼的研究結(jié)果表明，肝環(huán)境中NK細(xì)胞池的大小決定了是否發(fā)生休眠或轉(zhuǎn)移。

與休眠腫瘤細(xì)胞相關(guān)的肝臟環(huán)境包含NK細(xì)胞產(chǎn)生干擾素-γ (IFN-γ)。Correia和同事報告說，在體外，添加IFN-γ可以推動癌細(xì)胞進(jìn)入休眠狀態(tài)，這與IFN-γ在控制NK細(xì)胞介導(dǎo)的癌癥休眠中起關(guān)鍵作用的觀點(diǎn)一致。

NK細(xì)胞通過IFN- γ維持休眠

是否有其他因素破壞NK細(xì)胞從而促進(jìn)轉(zhuǎn)移的形成?該研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)腫瘤從休眠轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)移時，小鼠肝臟中激活的肝星狀細(xì)胞池增加。肝星狀細(xì)胞已被確定為導(dǎo)致肝纖維化的主要致病細(xì)胞群。肝纖維化是指肝臟受損和結(jié)痂。這些變化通常發(fā)生在腫瘤形成之前。激活的肝星狀細(xì)胞的積累與NK細(xì)胞的下降同時發(fā)生，這是由于NK細(xì)胞增殖的減少?；蚪獯a的研究表明，激活的肝星狀細(xì)胞通過抑制NK細(xì)胞促進(jìn)肝臟轉(zhuǎn)移，從而破壞癌癥的休眠。

Correia等人發(fā)現(xiàn)肝星狀細(xì)胞分泌趨化因子CXCL12，該因子參與了乳腺癌細(xì)胞的定向遷移。表達(dá)CXCL12賊高水平的器官是人類乳腺癌賊常見的轉(zhuǎn)移部位。人類肝臟中的NK細(xì)胞有一種受體，稱為CXCR4，可以識別CXCL12。激活的肝星狀細(xì)胞通過CXCL12-CXCR4相互作用抑制NK細(xì)胞在肝臟中的功能，從而使腫瘤從休眠狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榇龠M(jìn)轉(zhuǎn)移。這項(xiàng)研究揭示了CXCL12除了已知的對腫瘤細(xì)胞的作用外，還在改變NK細(xì)胞介導(dǎo)的免疫中發(fā)揮了先前未知的功能。

CXCL12介導(dǎo)肝星狀細(xì)胞誘導(dǎo)的NK細(xì)胞靜止

不同的基因作用的研究過程中檢查了從乳腺癌患者身上提取的轉(zhuǎn)移瘤和健康鄰近肝組織的人體活檢標(biāo)本。與小鼠的數(shù)據(jù)一致，分析顯示活化的肝星狀細(xì)胞在轉(zhuǎn)移灶中積累，它們的豐度與NK細(xì)胞豐度呈負(fù)相關(guān)。基因功能的破解工作對已發(fā)表的轉(zhuǎn)移到肝臟的結(jié)直腸癌基因表達(dá)數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)了同樣的關(guān)聯(lián)，表明這種細(xì)胞間的相互作用可能與其他類型的轉(zhuǎn)移性癌癥的生長有關(guān)。

NK細(xì)胞維持乳腺癌在肝臟的休眠狀態(tài)

賊后，NK細(xì)胞和另一種被稱為1型先天淋巴樣細(xì)胞(ILC1)的免疫細(xì)胞之間的相似性應(yīng)該促使ILC1在控制轉(zhuǎn)移中的作用的進(jìn)一步研究。的確，這些細(xì)胞在腫瘤反應(yīng)中扮演著復(fù)雜的角色。Correia等人排除了ILC1在控制轉(zhuǎn)移方面的作用，因?yàn)樗麄冊诒容^肝臟中的腫瘤休眠和轉(zhuǎn)移時沒有觀察到這些細(xì)胞水平的顯著變化。然而，由于缺乏特異性的ILC1缺陷小鼠模型，無法正確地分析NK細(xì)胞和ILC1各自在控制轉(zhuǎn)移中的作用，這是一個懸而未決的關(guān)鍵問題。

通過顯示IFN-γ驅(qū)動的NK細(xì)胞作用使乳腺癌細(xì)胞保持在一種休眠狀態(tài)，Correia和他的同事們揭示了NK細(xì)胞具有其他先前未被懷疑的抗癌能力。這一發(fā)現(xiàn)為癌癥治療策略的發(fā)展鋪平了道路，該治療策略可以防止休眠的腫瘤細(xì)胞庫被喚醒。除了NK細(xì)胞在腫瘤免疫中的顯著作用外，Correia和同事的工作進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)了利用NK細(xì)胞靶向癌癥的可能優(yōu)勢。

腫瘤與NK細(xì)胞的關(guān)系

癌癥是一種動態(tài)和復(fù)雜的疾病，癌癥的發(fā)展、進(jìn)展和治療需要整個機(jī)體的參與。因此，基因解碼在指導(dǎo)免疫細(xì)胞的選擇的過程中，不僅關(guān)注腫瘤的發(fā)生基因、腫瘤的靶向藥物基因，還包括在腫瘤的發(fā)生與轉(zhuǎn)移過程中發(fā)揮作用的基因。腫瘤發(fā)生與轉(zhuǎn)移過程的基因解碼發(fā)現(xiàn)腫瘤的形成是癌細(xì)胞與浸潤免疫細(xì)胞、基質(zhì)細(xì)胞、血管、細(xì)胞外基質(zhì)(ECM)、細(xì)胞分泌物(細(xì)胞因子、趨化因子、代謝產(chǎn)物)和特定環(huán)境條件(如缺氧)相互作用的結(jié)果。所有這些基因編碼產(chǎn)品參與者構(gòu)成了一個動態(tài)和異質(zhì)的生物網(wǎng)絡(luò)，稱為腫瘤微環(huán)境(TME)，對這些組成成分的結(jié)構(gòu)與功有的解碼構(gòu)成腫瘤的發(fā)生、發(fā)展及藥物治療解碼的主要內(nèi)容。TME有助于癌細(xì)胞逃避宿主免疫，導(dǎo)致腫瘤發(fā)生、進(jìn)展和轉(zhuǎn)移。靶向腫瘤微環(huán)境(TME)增加了腫瘤靶向藥物的靶點(diǎn)。近年來，由于基因解碼的參與，基于腫瘤微環(huán)境(TME)功能區(qū)分腫瘤微環(huán)境(TME)分類逐漸完善，展示了表明了聯(lián)合治療的方法與潛力。癌相關(guān)成纖維細(xì)胞(CAFs)、間充質(zhì)干細(xì)胞(MSCs)和癌干細(xì)胞(CSCs)與免疫細(xì)胞的相互作用成為腫瘤微環(huán)境(TME)功能區(qū)分的具體內(nèi)容，基因解碼將腫瘤微環(huán)境(TME)進(jìn)一步細(xì)分為九個不同的腫瘤微環(huán)境(TME)，以更好地描述腫瘤微環(huán)境(TME)中免疫細(xì)胞的狀態(tài)。佳學(xué)基因提醒大家，不同結(jié)構(gòu)與功能的腫瘤微環(huán)境(TME)相互作用，形成一個完整的腫瘤微環(huán)境(TME)系統(tǒng)。

腫瘤微環(huán)境的功能區(qū)分

癌癥是一種系統(tǒng)性疾病，包括手術(shù)、化療、放療、免疫療法、靶向療法、細(xì)胞治療和基因治療在內(nèi)的多種治療手段已成為當(dāng)今癌癥的主要治療方法。細(xì)胞免疫療法成為腫瘤正確治療系統(tǒng)有工具中的關(guān)注焦點(diǎn)之一。由于天然殺傷細(xì)胞(NK細(xì)胞)具有廣泛的抗腫瘤效果、廣泛的可及性和相對安全的治療，因此它們是細(xì)胞免疫療法的有前途的治療藥物。

從臨床前研究和多項(xiàng)臨床研究累積的初步數(shù)據(jù)表明，NK細(xì)胞療法顯示出治療療效。然而，NK細(xì)胞療法療效的高效和全面應(yīng)用仍然需要解決很多問題，而基因解碼致力于攻克的目標(biāo)有，NK細(xì)胞浸潤不足、NK細(xì)胞功能障礙和代謝失調(diào)?；蚪獯a表明，這些困難源于NK細(xì)胞對多種免疫抑制機(jī)制的敏感性，這些機(jī)制在腫瘤微環(huán)境(TME)中活躍。如果需要更好地發(fā)揮NK這種免疫細(xì)胞的療效，需要解解NK細(xì)胞與腫瘤微環(huán)境(TME)進(jìn)行交流的方式，并進(jìn)而克服克服這些困難。

佳學(xué)基因免疫細(xì)胞應(yīng)用基因檢測的理論和實(shí)踐支持

Correia, A.L., Guimaraes, J.C., Auf der Maur, P. et al. Hepatic stellate cells suppress NK cell-sustained breast cancer dormancy. Nature (2021). https://doi.org/10.1038/s41586-021-03614-z