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中性粒细胞是抵御病原体最丰富和最有效的防御者，也是外周血最丰富的免疫细胞！可以让樊嘉院士、高强教授强强联手，可见其研究价值！- 中性粒细胞在癌症中有10种状态，并具有组织和表型的可塑性；
- 中性粒细胞成熟状态可跨越炎症、血管生成和抗原呈递；
- 递送抗原呈递的中性粒细胞促进免疫治疗和微调TME；
今年第一重磅，实至名归！大佬都表态了，你还等什么呢？2024年3月5日，复旦大学附属中山医院樊嘉院士、高强教授合作在Cell（IF 64.5）上发表了题为“中性粒细胞图谱展示抗肿瘤和抗原呈递的效力Neutrophil profiling illuminates anti-tumor antigen-presenting potency”的研究论文。![]()
在不同癌症类型中发挥相反的功能。然而，由于它们的半衰期较短，探索中性粒细胞如何在癌症中采取特定的命运仍然具有挑战性。作者对来自17种癌症类型的225个样本的中性粒细胞进行单细胞RNA测序分析，确定不同的临床相关转录状态。代谢分析突出亮氨酸激活抗原提递中性粒细胞在抗肿瘤治疗中的潜力。分析31种实体癌的8766个样本，揭示中性粒细胞浸润的组织选择性模式和亚型异质性；A）泛癌样本的中性粒细胞一致性浸润水平（TCGA数据集）。B） 根据免疫亚型的中性粒细胞一致浸润水平（TCGA数据集）。![]()
中性粒细胞进行聚类，中性粒细胞具有癌症、组织类型的高度异质性，并存在10种不同的状态。A）根据细胞亚群（左）和癌症类型（右）使用TooManyCells.B）不同癌症类型中的中性粒细胞Ro/e（观察到的细胞数与预期细胞数的比率）的中性粒细胞进化树结构。C）流式细胞术（第一和第二组）以及基于scRNAseq的HLA-DR+或SPP1+中性粒细胞浸润与流式细胞之间的相关性。D）使用mIHC对NSCLC、BRCA和HCC中的HLA-DR+中性粒细胞（HLA-DR+嗜中性粒细胞富集的癌症类型）和STAD、RCC和ICC中的SPP1+中性粒粒细胞（SPP1+嗜中性白细胞富集的癌症类型）进行成像。E） 基于scRNA-seq的HLA-DR+（左）或SPP1+中性粒细胞（右）浸润与mIHC之间的相关性。F） 中性粒细胞特征的预后值（TCGA数据集），展示中性粒细胞亚群特征的风险比值和对数。G） 使用mIHC估算对泛癌队列的生存分析，包括COAD、NSCLC、HCC、STAD、RCC、OV、BRCA和BLCA。分析HLA-DR+CD15+与CD15+细胞的比例。H–J）亚型之间差异表达细胞因子（H）、MHC分子（I）、免疫表型和特征（J）的表达谱。![]()
三、终末分化的HLA-DR+中性粒细胞的代谢重编程（图3）应用深度学习算法来推断谱系规范和分化的渐进步骤，观察到沿着中性粒细胞状态的连续分化，中性粒细胞逐渐分化为HLA-DR+CD74+中性粒细胞。A） 通过scTour、CytoTRACE、moncle3和Slingshot估计中性粒细胞分化状态B） 中性粒细胞亚群按癌症种类（Ro/e）和分化状态（scTour的假时间）排列，以及癌症种类（Ro/e）和假时间之间的相关性；F） scMetabolism测定的中性粒细胞亚群的氨基酸代谢途径活性。![]()
四、亮氨酸通过代谢表观遗传学调控启动HLA-DR+中性粒细胞的产生（图4）为系统地检测氨基酸对中性粒细胞的影响，设计一种包括所有20种氨基酸的体外筛选策略，并研究它们对健康供体循环中性粒细胞中抗原呈递的影响。结果发现亮氨酸分解代谢通过线粒体建模和代谢表观遗传调控（如乙酰辅酶A/H3K27ac/MHC-II轴）对抗原呈递机制启动的依赖性。A） 20种氨基酸的体外筛选策略探讨其与中性粒细胞免疫表型的相关性。B） 每种氨基酸刺激下的HLA-DR+中性粒细胞比例。C） 亮氨酸组和对照组中性粒细胞CD80、CD86和CCR7表达的比较。D–F）使用PCR阵列的MHC-II复合物组装基因、抗原处理蛋白酶基因和MHC-II抗原负载基因的相对RNA表达。G）亮氨酸处理组和对照组中RNA-seq的MHC II类特征。H）亮氨酸处理的中性粒细胞和对照组之间的代谢产物比较。J） 亮氨酸处理的中性粒细胞和对照之间的实时耗氧率（OCR）。L） 基于HLA-DR+中性粒细胞scRNA-seq数据的线粒体呼吸复合物特征。M） 线粒体呼吸复合体I抑制降低HLA-DR+比例。N） 亮氨酸的13C标记展示其分解代谢为乙酰辅酶A、TCA循环和谷氨酰胺。O） 亮氨酸乙酰辅酶A对HLA-DR+中性粒细胞的依赖性调控。P） 对照组、亮氨酸处理组和AcCoA激活剂组之间的组蛋白H3K27ac水平。通过流式细胞术测定MFI。Q） 使用CUT&Tag的亮氨酸和对照组的H3K27ac峰的热图。R和S）MHC-II基因转录起始位点（TSS）上的H3K27ac、H3K27me3和H3K4me3覆盖率和得分比较。T）亮氨酸和对照组的HLA-DRA和HLA-DQB1基因座上的H3K27ac修饰。五、HLA-DR+中性粒细胞及相关T细胞反应（图5）由于HLA-DR+中性粒细胞有利于预后，进一步探索其潜在抗肿瘤作用的机制。首先对匹配的肿瘤样本进行bulk RNA-seq，对免疫细胞图谱进行去卷积，聚集免疫细胞比例，并观察到模式化的中性粒细胞-T细胞浸润图谱。尤其是HLA-DR+中性粒细胞与广谱抗肿瘤T细胞亚群，即CD4+效应记忆T细胞、CD8+效应记忆T细胞和CD8+中央记忆T细胞共定位。A）聚集免疫细胞比例，并观察到模式化的中性粒细胞-T细胞浸润图谱。C）RCC、OV和CRC样本中HLA-DR+中性粒细胞特征和CD8+T细胞之间的空间共定位;为解码HLA-DR+中性粒细胞对T细胞的影响，将中性粒细胞亚群（从肿瘤中分选）与自体CD3+T细胞（从PBMC中分选）共培养3天，表明HLA-DR+嗜中性粒细胞可以促进T细胞表达TNFa。D） 基于scRNA-seq数据的肿瘤浸润性中性粒细胞MHC-II等位基因定量。E） 用人类MHC-II抗原（gp100，44-59；CMV，65-71）喂养中性粒细胞，并将其与自体T细胞共培养。F） 将HLA-DR+中性粒细胞与突变衍生的新抗原（TP53、KRAS、IDH2和BAP1）孵育24小时，并与自体CD3+T细胞进一步共培养。G）在不同的NEU∶T比率和肽浓度下，当与喂食KRASG12V（或KRASG12D（LVVVGADGV）新抗原的HLA-DR+中性粒细胞共培养时，T细胞反应性。H-I）由HLA-DR+中性粒细胞刺激的T细胞的TCR重排和TCR克隆型比例或喂食KRASG12V的新抗原的DC（MTEYKLVVVGAVGVGKSALTITLI）。同时加入CD3/CD28动态珠（对T细胞4:1），并进行共培养7天。J） 在涵盖8种癌症的队列中，使用mIHC测定的HLA-DR+中性粒细胞（HLA-DR+CD15+）和反应性CD4 T细胞（CXCL13+CD39+CD4+）之间的关联。六、抗原呈递中性粒细胞与相关体内免疫表型的相关性（图6）进一步探索HLA-DR+中性粒细胞是否具有增强体内免疫治疗的潜力。为此，首先通过收集来自7种小鼠癌症类型的小鼠scRNA-seq数据来评估小鼠TME中性粒细胞亚群分布，进一步观察到H2-Aa（HLA-DQA同源物）、H2-Ab1（HLA-DQB1同源物）和Cd74（Cd74同源物）在Cd74+亚群中的表达和抗原呈递特征，并通过mIHC进行了验证。体外用亮氨酸刺激小鼠循环中性粒细胞，并观察到Cd74、Cd80和Cd86的上调。然而，来自缺乏亮氨酸转运蛋白或分解代谢酶的小鼠的循环中性粒细胞对亮氨酸治疗没有反应，再次支持亮氨酸在MHC-II过程中的作用；进一步研究抗原呈递中性粒细胞与肿瘤表型之间的相关性，通过给予缺失抗原呈递中性粒细胞小鼠富含亮氨酸的饮食（1.5%的亮氨酸在水中），观察到小鼠体内Cd74+中性粒细胞增加，再次验证亮氨酸在中性粒细胞抗原呈递中的作用。A） 根据标记基因和癌症类型，整合小鼠肿瘤浸润中性粒细胞的UMAP与人类中性粒细胞亚群的比较C） Cd74+中性粒细胞（LLC、MC38和Hepa 1-6）的代表性mIHC图像。D） 来自LAT1KO、Bcat2KO、DbtKO和野生型小鼠血液的亮氨酸处理的中性粒细胞和对照中性粒细胞之间的Cd74+中性粒细胞比例。E） MHC IIflox/flox之间肿瘤体积的比较；F） MHC IIflox/flox之间的瘤内Cd8a+T和Cd4+T细胞比例；G） 在LLC、MC38和Hepa 1-6皮下模型中，亮氨酸饮食诱导更高的肿瘤内中性粒细胞Cd74+比例。H） LLC、MC38和Hepa 1-6皮下模型中亮氨酸饮食与对照组的瘤内Cd8a+T和Cd4+T细胞比例。I） LLC、MC38和Hepa 1-6组亮氨酸饮食和对照组之间Cd4和Cd8a阳性细胞的代表性mIHC图像。![]()
最后探究了Cd74+中性粒细胞对小鼠癌症的治疗作用，发现亮氨酸饮食加上抗PD-1治疗显著减少肿瘤体积。相反，中性粒细胞缺失降低这种联合治疗的疗效；A）亮氨酸饮食加aPD-1治疗组、亮氨酸饮食加同种型治疗组、单独aPD-1处理组和对照组的肿瘤体积。B）Cd74+中性粒细胞过继递送组、Cd74KO中性粒细胞过继递送组和对照组的肿瘤体积。C）Cd74+中性粒细胞过继给药加aPD-1治疗组、Cd74KO中性粒细胞过继给药加aPD-1处理组和单独aPD-1组的肿瘤体积。D-E）HLA-DR+CD74+中性粒细胞特征与免疫疗法治疗的患者生存率的相关性（D）和反应模式（E）。F-G）CD4+细胞和CD8+细胞中4-1BB+、CD39+、GZMB+、IFNg+和TNFa+亚群的比例在由不同细胞数的来自患者血液的自体HLA-DR+中性粒细胞和HLA-DR中性粒细胞刺激的PDTF模型中，以及来自患者血液、PD-1抗体或其组合的HLA-DR+嗜中性粒细胞。在这里，作者从17种癌症类型（来自143例患者的225个样本）中生成并整合单细胞中性粒细胞转录组。中性粒细胞表现出异常的复杂性，有10种不同的状态，包括炎症、血管生成和抗原呈递。值得注意的是，在大多数癌症中，抗原提呈程序与良好的生存率相关，并可通过亮氨酸代谢和随后的组蛋白H3K27ac修饰引起。这些中性粒细胞可以进一步引起（neo）抗原特异性和抗原非依赖性T细胞反应。中性粒细胞传递或亮氨酸饮食微调免疫平衡，以增强抗pd-1治疗。总之，这些数据不仅表明癌症间中性粒细胞的差异，而且还提示治疗机会，如抗原呈递中性粒细胞传递。
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