摘要：本研究揭示了肝星狀細胞通過分泌IL33激活mTOR/PPARγ/DGAT通路，誘導(dǎo)成熟低密度中性粒細胞脂滴異常積累的新機制。
在腫瘤轉(zhuǎn)移的漫長征程中，播散腫瘤細胞（DTCs）需要在遠處器官找到適宜的"土壤"才能生存和增殖。肝臟作為結(jié)直腸癌最常見的轉(zhuǎn)移靶器官，其獨特的代謝微環(huán)境如何影響免疫細胞功能，進而調(diào)控腫瘤細胞命運，一直是癌癥研究領(lǐng)域的重要謎題。特別值得注意的是，中性粒細胞作為免疫系統(tǒng)的"先頭部隊"，在腫瘤發(fā)生發(fā)展過程中扮演著雙重角色，但其在肝轉(zhuǎn)移微環(huán)境中的代謝適應(yīng)機制尚不明確。
以往研究多聚焦于腫瘤細胞自身的代謝特性，而忽視了腫瘤微環(huán)境中免疫細胞的代謝重編程。特別是在葡萄糖相對匱乏的組織環(huán)境中，中性粒細胞如何調(diào)整其能量代謝模式維持功能，成為理解腫瘤免疫逃逸機制的關(guān)鍵。近年研究發(fā)現(xiàn)，低密度中性粒細胞（LDNs）在多種病理狀態(tài)下呈現(xiàn)獨特功能特征，但其在結(jié)直腸癌肝轉(zhuǎn)移中的代謝特性及調(diào)控機制仍有待揭示。
針對這一科學(xué)問題，上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬瑞金醫(yī)院的研究團隊在《Cellular & Molecular Immunology》發(fā)表了創(chuàng)新性研究成果。研究人員通過臨床樣本分析、體外實驗和小鼠模型，系統(tǒng)揭示了肝星狀細胞（HSCs）激活后通過IL33-mTOR-PPARγ信號軸調(diào)控中性粒細胞脂質(zhì)代謝的新機制，為理解器官特異性轉(zhuǎn)移提供了全新視角。
圖1 IL33誘導(dǎo)成熟低密度中性粒細胞形成脂滴驅(qū)動結(jié)直腸癌肝轉(zhuǎn)移
研究團隊運用多項關(guān)鍵技術(shù)方法：從結(jié)直腸癌患者和小鼠模型分離高密度/低密度中性粒細胞的技術(shù)、原代肝星狀細胞分離培養(yǎng)、脂質(zhì)組學(xué)分析、流式細胞術(shù)檢測細胞表型和功能、體外細胞共培養(yǎng)體系（包括Transwell共培養(yǎng)）、免疫熒光染色、蛋白質(zhì)印跡分析基因表達、小鼠肝轉(zhuǎn)移模型構(gòu)建以及免疫治療聯(lián)合干預(yù)實驗。
脂質(zhì)儲存隨腫瘤進展增加
研究發(fā)現(xiàn)結(jié)直腸癌患者外周血中成熟低密度中性粒細胞（M-LDNs）的脂質(zhì)含量顯著高于高密度中性粒細胞（HDNs），且隨腫瘤分期進展而增加。小鼠模型驗證了這一現(xiàn)象，肝轉(zhuǎn)移階段M-LDNs中性脂質(zhì)含量進一步升高，而腹水中M-LDNs脂質(zhì)積累尤為顯著。基因表達分析顯示M-LDNs中脂質(zhì)攝取和合成相關(guān)基因轉(zhuǎn)錄水平上調(diào)，提示腫瘤微環(huán)境誘導(dǎo)了中性粒細胞的代謝重編程。
腫瘤細胞誘導(dǎo)中性粒細胞脂質(zhì)積累
腫瘤細胞條件培養(yǎng)基（CM）處理可誘導(dǎo)HDNs轉(zhuǎn)化為具有脂質(zhì)積累特征的M-LDNs。值得注意的是，腫瘤細胞主要促進中性脂質(zhì)而非氧化脂質(zhì)積累。代謝模式分析顯示，腫瘤教育的HDNs（teHDNs）與M-LDNs具有相似的代謝特征，糖酵解相關(guān)基因多數(shù)上調(diào)，而膽固醇代謝基因下調(diào)。
肝星狀細胞促進脂滴形成
肝轉(zhuǎn)移微環(huán)境中浸潤的M-LDNs脂質(zhì)含量顯著高于血液中的M-LDNs。機制研究發(fā)現(xiàn)，腫瘤激活的肝星狀細胞（aHSCs）通過分泌CXCL2等趨化因子招募中性粒細胞，并通過直接接觸或條件培養(yǎng)基誘導(dǎo)其脂質(zhì)積累。共培養(yǎng)實驗表明，aHSCs與teHDNs協(xié)同促進結(jié)直腸癌類器官增殖，且這一效應(yīng)依賴于細胞間直接相互作用。
甘油三酯合成機制解析
脂質(zhì)組學(xué)分析揭示aHSCs主要誘導(dǎo)teHDNs中甘油三酯（TGs）和膽固醇酯（CEs）含量增加，而不改變總脂質(zhì)含量。進一步機制研究表明，DGAT1/2依賴性脂滴形成對維持中性粒細胞存活和功能至關(guān)重要。抑制DGAT1/2可導(dǎo)致線粒體功能障礙和活性氧（ROS）積累，進而誘導(dǎo)細胞死亡。
IL33的關(guān)鍵調(diào)控作用
通過細胞因子篩選發(fā)現(xiàn)，aHSCs分泌的IL33是調(diào)控中性粒細胞脂質(zhì)積累的關(guān)鍵因子。IL33通過其受體IL1RL1激活PI3K/AKT/mTOR信號通路，進而上調(diào)PPARγ和DGAT1/2表達。功能實驗表明，IL33處理可增強teHDNs的免疫抑制功能，抑制CD8+ T細胞增殖，這一效應(yīng)可被mTOR抑制劑或PPARγ抑制劑逆轉(zhuǎn)。
mTOR/PPARγ信號通路機制
研究發(fā)現(xiàn)IL33通過激活mTOR信號通路促進PPARγ核轉(zhuǎn)位，進而轉(zhuǎn)錄調(diào)控DGAT1/2表達。葡萄糖可用性對該通路具有重要調(diào)節(jié)作用，無糖條件可削弱IL33誘導(dǎo)的脂滴形成和免疫抑制功能，表明糖代謝與脂代謝在中性粒細胞功能調(diào)控中存在交叉對話。
脂質(zhì)傳遞喚醒休眠腫瘤細胞
研究發(fā)現(xiàn)脂質(zhì)富集的M-LDNs可通過傳遞脂質(zhì)成分喚醒化療誘導(dǎo)的休眠腫瘤細胞。機制上，腫瘤細胞攝取中性粒細胞來源的脂質(zhì)后，通過增強脂肪酸β-氧化提供能量，同時促進膜磷脂水解產(chǎn)生類二十烷酸（eicosanoids），雙重作用驅(qū)動細胞周期重啟。脂質(zhì)組學(xué)分析顯示休眠腫瘤細胞攝取脂質(zhì)后，游離脂肪酸（FFAs）、神經(jīng)酰胺（Cers）和類二十烷酸水平顯著升高，而磷脂含量下降。
動物模型驗證
小鼠肝纖維化模型證實HSCs激活可促進結(jié)直腸癌肝轉(zhuǎn)移發(fā)生，伴隨肝浸潤M-LDNs脂質(zhì)積累增加和CD8+ T細胞功能抑制。體內(nèi)給予IL33可加重肝轉(zhuǎn)移負荷，而抗IL33中和抗體能有效抑制轉(zhuǎn)移形成。重要的是，抗IL33治療與抗PD-L1免疫檢查點抑制劑聯(lián)合使用可協(xié)同增強抗腫瘤免疫應(yīng)答，顯著延長荷瘤小鼠生存期。
研究結(jié)論深刻揭示了肝臟轉(zhuǎn)移微環(huán)境中基質(zhì)細胞與免疫細胞代謝互作的新機制。肝星狀細胞激活后分泌IL33，通過mTOR/PPARγ信號通路上調(diào)中性粒細胞DGAT1/2表達，驅(qū)動甘油三酯合成和脂滴形成。脂質(zhì)富集的中性粒細胞不僅通過脂滴儲存緩解脂毒性、延長自身存活，還通過脂質(zhì)傳遞為休眠腫瘤細胞提供能量底物和生物活性脂質(zhì)，雙重作用共同促進轉(zhuǎn)移定植。
該研究的創(chuàng)新性在于首次闡明了器官特異性微環(huán)境通過代謝重編程調(diào)控免疫細胞功能的新機制，提出了"代謝免疫檢查點"的新概念。研究發(fā)現(xiàn)DGAT1/2依賴性脂滴形成是維持中性粒細胞免疫抑制功能的關(guān)鍵，為聯(lián)合靶向IL33和免疫檢查點的肝轉(zhuǎn)移治療策略提供了理論依據(jù)。同時，研究提示監(jiān)測循環(huán)M-LDNs脂質(zhì)含量可能成為結(jié)直腸癌肝轉(zhuǎn)移的潛在生物標(biāo)志物。
圖2 浸潤轉(zhuǎn)移性肝臟的低密度中性粒細胞具有更多脂滴，且該過程會因肝星狀細胞的誘導(dǎo)而進一步增強
值得注意的是，該研究也存在一定局限性。LX2細胞系與原代HSCs的功能差異可能影響機制闡釋的完整性，IL33受體在多種免疫細胞的廣泛表達提示需關(guān)注靶向治療的可能脫靶效應(yīng)。未來研究需要開發(fā)更接近體內(nèi)狀態(tài)的HSCs模型，并深入解析不同亞群HSCs的異質(zhì)性功能。
從轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)視角，該研究為結(jié)直腸癌肝轉(zhuǎn)移的聯(lián)合治療提供了新思路?；谥行粤＜毎|(zhì)代謝與免疫功能的緊密關(guān)聯(lián)，靶向IL33-DGAT軸可能增強現(xiàn)有免疫治療效果。同時，監(jiān)測患者外周血M-LDNs脂質(zhì)動態(tài)變化有望為肝轉(zhuǎn)移風(fēng)險預(yù)測和治療反應(yīng)評估提供新指標(biāo)。
本研究通過多維度實驗證據(jù)，系統(tǒng)闡明了肝星狀細胞-中性粒細胞代謝軸在結(jié)直腸癌肝轉(zhuǎn)移中的關(guān)鍵作用，不僅深化了對腫瘤微環(huán)境代謝免疫調(diào)控的理解，也為肝轉(zhuǎn)移的防治提供了新的靶點和策略。該研究成果凸顯了靶向腫瘤微環(huán)境代謝重編程在癌癥治療中的廣闊前景，為未來開展基于代謝調(diào)控的免疫治療聯(lián)合策略奠定了重要基礎(chǔ)。
參考資料
[1] IL33-induced lipid droplet formation in mature low-density neutrophils drives colorectal cancer liver metastasis
摘要：本研究揭示了肝星狀細胞通過分泌IL33激活mTOR/PPARγ/DGAT通路，誘導(dǎo)成熟低密度中性粒細胞脂滴異常積累的新機制。
在腫瘤轉(zhuǎn)移的漫長征程中，播散腫瘤細胞（DTCs）需要在遠處器官找到適宜的"土壤"才能生存和增殖。肝臟作為結(jié)直腸癌最常見的轉(zhuǎn)移靶器官，其獨特的代謝微環(huán)境如何影響免疫細胞功能，進而調(diào)控腫瘤細胞命運，一直是癌癥研究領(lǐng)域的重要謎題。特別值得注意的是，中性粒細胞作為免疫系統(tǒng)的"先頭部隊"，在腫瘤發(fā)生發(fā)展過程中扮演著雙重角色，但其在肝轉(zhuǎn)移微環(huán)境中的代謝適應(yīng)機制尚不明確。
以往研究多聚焦于腫瘤細胞自身的代謝特性，而忽視了腫瘤微環(huán)境中免疫細胞的代謝重編程。特別是在葡萄糖相對匱乏的組織環(huán)境中，中性粒細胞如何調(diào)整其能量代謝模式維持功能，成為理解腫瘤免疫逃逸機制的關(guān)鍵。近年研究發(fā)現(xiàn)，低密度中性粒細胞（LDNs）在多種病理狀態(tài)下呈現(xiàn)獨特功能特征，但其在結(jié)直腸癌肝轉(zhuǎn)移中的代謝特性及調(diào)控機制仍有待揭示。
針對這一科學(xué)問題，上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬瑞金醫(yī)院的研究團隊在《Cellular & Molecular Immunology》發(fā)表了創(chuàng)新性研究成果。研究人員通過臨床樣本分析、體外實驗和小鼠模型，系統(tǒng)揭示了肝星狀細胞（HSCs）激活后通過IL33-mTOR-PPARγ信號軸調(diào)控中性粒細胞脂質(zhì)代謝的新機制，為理解器官特異性轉(zhuǎn)移提供了全新視角。
圖1 IL33誘導(dǎo)成熟低密度中性粒細胞形成脂滴驅(qū)動結(jié)直腸癌肝轉(zhuǎn)移
研究團隊運用多項關(guān)鍵技術(shù)方法：從結(jié)直腸癌患者和小鼠模型分離高密度/低密度中性粒細胞的技術(shù)、原代肝星狀細胞分離培養(yǎng)、脂質(zhì)組學(xué)分析、流式細胞術(shù)檢測細胞表型和功能、體外細胞共培養(yǎng)體系（包括Transwell共培養(yǎng)）、免疫熒光染色、蛋白質(zhì)印跡分析基因表達、小鼠肝轉(zhuǎn)移模型構(gòu)建以及免疫治療聯(lián)合干預(yù)實驗。
脂質(zhì)儲存隨腫瘤進展增加
研究發(fā)現(xiàn)結(jié)直腸癌患者外周血中成熟低密度中性粒細胞（M-LDNs）的脂質(zhì)含量顯著高于高密度中性粒細胞（HDNs），且隨腫瘤分期進展而增加。小鼠模型驗證了這一現(xiàn)象，肝轉(zhuǎn)移階段M-LDNs中性脂質(zhì)含量進一步升高，而腹水中M-LDNs脂質(zhì)積累尤為顯著?；虮磉_分析顯示M-LDNs中脂質(zhì)攝取和合成相關(guān)基因轉(zhuǎn)錄水平上調(diào)，提示腫瘤微環(huán)境誘導(dǎo)了中性粒細胞的代謝重編程。
腫瘤細胞誘導(dǎo)中性粒細胞脂質(zhì)積累
腫瘤細胞條件培養(yǎng)基（CM）處理可誘導(dǎo)HDNs轉(zhuǎn)化為具有脂質(zhì)積累特征的M-LDNs。值得注意的是，腫瘤細胞主要促進中性脂質(zhì)而非氧化脂質(zhì)積累。代謝模式分析顯示，腫瘤教育的HDNs（teHDNs）與M-LDNs具有相似的代謝特征，糖酵解相關(guān)基因多數(shù)上調(diào)，而膽固醇代謝基因下調(diào)。
肝星狀細胞促進脂滴形成
肝轉(zhuǎn)移微環(huán)境中浸潤的M-LDNs脂質(zhì)含量顯著高于血液中的M-LDNs。機制研究發(fā)現(xiàn)，腫瘤激活的肝星狀細胞（aHSCs）通過分泌CXCL2等趨化因子招募中性粒細胞，并通過直接接觸或條件培養(yǎng)基誘導(dǎo)其脂質(zhì)積累。共培養(yǎng)實驗表明，aHSCs與teHDNs協(xié)同促進結(jié)直腸癌類器官增殖，且這一效應(yīng)依賴于細胞間直接相互作用。
甘油三酯合成機制解析
脂質(zhì)組學(xué)分析揭示aHSCs主要誘導(dǎo)teHDNs中甘油三酯（TGs）和膽固醇酯（CEs）含量增加，而不改變總脂質(zhì)含量。進一步機制研究表明，DGAT1/2依賴性脂滴形成對維持中性粒細胞存活和功能至關(guān)重要。抑制DGAT1/2可導(dǎo)致線粒體功能障礙和活性氧（ROS）積累，進而誘導(dǎo)細胞死亡。
IL33的關(guān)鍵調(diào)控作用
通過細胞因子篩選發(fā)現(xiàn)，aHSCs分泌的IL33是調(diào)控中性粒細胞脂質(zhì)積累的關(guān)鍵因子。IL33通過其受體IL1RL1激活PI3K/AKT/mTOR信號通路，進而上調(diào)PPARγ和DGAT1/2表達。功能實驗表明，IL33處理可增強teHDNs的免疫抑制功能，抑制CD8+ T細胞增殖，這一效應(yīng)可被mTOR抑制劑或PPARγ抑制劑逆轉(zhuǎn)。
mTOR/PPARγ信號通路機制
研究發(fā)現(xiàn)IL33通過激活mTOR信號通路促進PPARγ核轉(zhuǎn)位，進而轉(zhuǎn)錄調(diào)控DGAT1/2表達。葡萄糖可用性對該通路具有重要調(diào)節(jié)作用，無糖條件可削弱IL33誘導(dǎo)的脂滴形成和免疫抑制功能，表明糖代謝與脂代謝在中性粒細胞功能調(diào)控中存在交叉對話。
脂質(zhì)傳遞喚醒休眠腫瘤細胞
研究發(fā)現(xiàn)脂質(zhì)富集的M-LDNs可通過傳遞脂質(zhì)成分喚醒化療誘導(dǎo)的休眠腫瘤細胞。機制上，腫瘤細胞攝取中性粒細胞來源的脂質(zhì)后，通過增強脂肪酸β-氧化提供能量，同時促進膜磷脂水解產(chǎn)生類二十烷酸（eicosanoids），雙重作用驅(qū)動細胞周期重啟。脂質(zhì)組學(xué)分析顯示休眠腫瘤細胞攝取脂質(zhì)后，游離脂肪酸（FFAs）、神經(jīng)酰胺（Cers）和類二十烷酸水平顯著升高，而磷脂含量下降。
動物模型驗證
小鼠肝纖維化模型證實HSCs激活可促進結(jié)直腸癌肝轉(zhuǎn)移發(fā)生，伴隨肝浸潤M-LDNs脂質(zhì)積累增加和CD8+ T細胞功能抑制。體內(nèi)給予IL33可加重肝轉(zhuǎn)移負荷，而抗IL33中和抗體能有效抑制轉(zhuǎn)移形成。重要的是，抗IL33治療與抗PD-L1免疫檢查點抑制劑聯(lián)合使用可協(xié)同增強抗腫瘤免疫應(yīng)答，顯著延長荷瘤小鼠生存期。
研究結(jié)論深刻揭示了肝臟轉(zhuǎn)移微環(huán)境中基質(zhì)細胞與免疫細胞代謝互作的新機制。肝星狀細胞激活后分泌IL33，通過mTOR/PPARγ信號通路上調(diào)中性粒細胞DGAT1/2表達，驅(qū)動甘油三酯合成和脂滴形成。脂質(zhì)富集的中性粒細胞不僅通過脂滴儲存緩解脂毒性、延長自身存活，還通過脂質(zhì)傳遞為休眠腫瘤細胞提供能量底物和生物活性脂質(zhì)，雙重作用共同促進轉(zhuǎn)移定植。
該研究的創(chuàng)新性在于首次闡明了器官特異性微環(huán)境通過代謝重編程調(diào)控免疫細胞功能的新機制，提出了"代謝免疫檢查點"的新概念。研究發(fā)現(xiàn)DGAT1/2依賴性脂滴形成是維持中性粒細胞免疫抑制功能的關(guān)鍵，為聯(lián)合靶向IL33和免疫檢查點的肝轉(zhuǎn)移治療策略提供了理論依據(jù)。同時，研究提示監(jiān)測循環(huán)M-LDNs脂質(zhì)含量可能成為結(jié)直腸癌肝轉(zhuǎn)移的潛在生物標(biāo)志物。
圖2 浸潤轉(zhuǎn)移性肝臟的低密度中性粒細胞具有更多脂滴，且該過程會因肝星狀細胞的誘導(dǎo)而進一步增強
值得注意的是，該研究也存在一定局限性。LX2細胞系與原代HSCs的功能差異可能影響機制闡釋的完整性，IL33受體在多種免疫細胞的廣泛表達提示需關(guān)注靶向治療的可能脫靶效應(yīng)。未來研究需要開發(fā)更接近體內(nèi)狀態(tài)的HSCs模型，并深入解析不同亞群HSCs的異質(zhì)性功能。
從轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)視角，該研究為結(jié)直腸癌肝轉(zhuǎn)移的聯(lián)合治療提供了新思路?；谥行粤＜毎|(zhì)代謝與免疫功能的緊密關(guān)聯(lián)，靶向IL33-DGAT軸可能增強現(xiàn)有免疫治療效果。同時，監(jiān)測患者外周血M-LDNs脂質(zhì)動態(tài)變化有望為肝轉(zhuǎn)移風(fēng)險預(yù)測和治療反應(yīng)評估提供新指標(biāo)。
本研究通過多維度實驗證據(jù)，系統(tǒng)闡明了肝星狀細胞-中性粒細胞代謝軸在結(jié)直腸癌肝轉(zhuǎn)移中的關(guān)鍵作用，不僅深化了對腫瘤微環(huán)境代謝免疫調(diào)控的理解，也為肝轉(zhuǎn)移的防治提供了新的靶點和策略。該研究成果凸顯了靶向腫瘤微環(huán)境代謝重編程在癌癥治療中的廣闊前景，為未來開展基于代謝調(diào)控的免疫治療聯(lián)合策略奠定了重要基礎(chǔ)。
參考資料
[1] IL33-induced lipid droplet formation in mature low-density neutrophils drives colorectal cancer liver metastasis
