共生菌群通过γδ T细胞促进肺癌的发展
重点
- 肺癌发生与局部的紊乱和炎症有关
- 去除共生菌群抑制肺腺癌的发展
- 微生物群驱使肺癌中Vγ6+Vδ1+ T细胞的增殖和活化
- γδ T细胞促进中性粒细胞浸润和肿瘤细胞增殖
文献导读
肺癌与慢性炎症联系紧密,但导致炎症的原因和具体的免疫介质尚未完全阐述清楚。肺是一种许多细菌群体定居的粘膜组织，通常肺癌病人的肺部感染与临床结果有关。作者证明局部微生物通过活化定植在肺部的γδ T细胞激起与肺腺癌相关的炎症。无菌小鼠或者用抗生素处理过的小鼠很大程度上免受由Kras突变和p53缺失引起的肺癌发展。在机制上，共生菌群通过刺激Myd88依赖的IL-1β和由髓系细胞产生的IL-23，诱导增殖和活化的可产生IL-17的Vγ6+Vδ1+ γδ T细胞以及其他的效应分子来促进炎症和肿瘤细胞增殖。本文结果明确地将局部微生物-免疫互作与肺癌发展相关联，所以作者定义了重要的细胞和分子介导物，这些可能作为肺癌干预的有效靶点。
文章信息
- 英文标题：Commensal Microbiota Promote Lung Cancer Development via γδ T Cells
- 中文标题：共生菌群通过γδ T细胞促进肺癌的发展
- IF：31.957
- 年份：31 January 2019
- 期刊：Cell
- 通讯作者： Tyler Jacks
- 通讯地址：David H. Koch Institute for Integrative Cancer Research, Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, MA 02142, USA
- Email：[email protected]
文章内容
肺癌是导致与癌症相关的死亡率的首要原因，其中肺腺癌（LUAD）是最普遍的形式。尽管靶向特定基因型的人类LUAD近来取得一定的进展，但肺癌整体的生存率仍非常低。尽管LUAD的基因特征被广泛描述，控制肺癌发展的肿瘤细胞外在因素理解甚少。重要的是，作为全身最大的粘膜组织，肺通过吸入而暴露在许多来自空气的微生物和环境污染物中，肺局部菌群的改变与一些严重的肺部疾病有关，包括慢性炎症，哮喘等，许多临床证据表明肺部菌群与癌症相关，但其具体机制还不清楚。这篇文章使用基因工程小鼠自发肺癌模型，不仅完全模仿了人类疾病的基因遗传和病理组化特征，而且对于研究肺部癌症共生菌群和宿主免疫系统互作非常便利。作者发现，与肿瘤生长相关的局部菌群通过肺部γδT细胞能够促进炎症和癌症进展，去除菌群或者抑制γδ T细胞，以及抑制其下游效应分子能够有效抑制肺癌进展。这些结果为治疗肺癌提供了潜在的靶点。
文章结果
1，共生菌群促进肺腺癌的发展
注释：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。
评估共生菌群在肿瘤起始重要性：在6.5w和15w比较GF和SPF肿瘤的大小，等级，数量。IHC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，我们通过将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2w，6.5w使用抗生素处理。
2，肺癌进展与局部微生物改变和促炎因子表达的增加有关
注释:（A）KP和健康组BALF的16S qPCR（Taqman探针法）以及（B）16S测序（Shannon Index）;© 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 and 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。
荷瘤KP小鼠的肺部共生菌与肠道不同，我们的数据与前人一致。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（补充材料只有做了菌群的16S qPCR,16S测序展示αβ多样性会更有说服力）。 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-23 p19基因表达上升。为了检测介导此反应的上游信号通路，我们建立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。
3，与肿瘤生长相关的γδ T17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。
4，共生菌群诱导定居在组织中的Vγ6+Vδ1+ γδ T细胞增殖和活化
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+ γδ T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。
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B）。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。
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。
文章小结
肺癌进展与肺部微生物增加有关，且能改变肺部微生物组成，去除微生物或者阻断其下游的细胞或者免疫相关的分子能够显著抑制肺部肿瘤生长。
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