徐源/曾奕明團隊：肺癌早期診斷和潛在治療靶點新見解
7月26日，福建醫(yī)科大學徐源/曾奕明研究團隊在期刊《Cell Death&Disease》上發(fā)表了研究論文，題為“PPAR-γ/NF-kB/AQP3 axis in M2 macrophage orchestrates lung adenocarcinoma progression by upregulating IL-6”，本研究中，研究人員采用單細胞RNA測序（scRNA-seq）研究浸潤腫瘤微環(huán)境（TME）的免疫細胞的組成、譜系和功能狀態(tài)，并發(fā)現5例LUAD患者中表達AQP3的亞群。然后在體外和體內研究了其功能。研究表明AQP3與LUAD患者的TNM分期和淋巴結轉移有關。研究人員通過scRNA-seq分析將LUAD的腫瘤內和腫瘤間多樣性分為12個亞群。分析顯示，AQP3主要富集于M2巨噬細胞亞群中。重要的是，機制研究表明，AQP3通過PPAR-γ/NF-κB軸促進M2巨噬細胞極化，通過調節(jié)IL-6的產生影響腫瘤生長和遷移。進一步利用混合皮下移植腫瘤小鼠和AQP3敲除小鼠模型，發(fā)現AQP3在調節(jié)M2巨噬細胞極化、調節(jié)腫瘤葡萄糖代謝和調節(jié)上游和下游通路方面發(fā)揮著關鍵作用?？偟膩碚f，本研究表明，AQP3可以通過PPAR-γ/NF-κB軸和IL-6/IL-6R信號通路調節(jié)M2型巨噬細胞極化，進而調控腫瘤細胞的增殖、遷移和糖代謝，為LUAD的早期診斷和潛在治療靶點提供了新的見解。
背景知識
肺癌是一種常見且致命的腫瘤，是全球癌癥相關死亡率最高的腫瘤。美國肺癌發(fā)病220萬例，占全部癌癥發(fā)病的11.4%;死亡180萬例，占全部癌癥死亡的18.1%。2016年，中國估計有82.8萬例肺癌新發(fā)病例和65.7萬例死亡。肺腺癌(Lung adenocarcinoma, LUAD)是最常見的非小細胞肺癌(non-small cell Lung cancer, NSCLC)亞型，占肺癌的40%。盡管手術是標準的治療方法，但復發(fā)率仍然很高，導致5年生存率較低。近年來，靶向治療和免疫治療在LUAD患者中顯示出希望;然而，腫瘤的耐藥和復發(fā)進展仍然是主要的挑戰(zhàn)。因此，了解腫瘤的進展對改善肺癌患者的預后至關重要。
腫瘤微環(huán)境(tumor microenvironment, TME)由多種細胞組成，這些細胞與腫瘤細胞相互作用，調節(jié)生物學過程。巨噬細胞作為TME中最重要的亞群之一，可以通過改變其功能表型來響應微環(huán)境中的信號。M1型巨噬細胞通過經典活化途徑被激活，發(fā)揮招募細胞毒性T細胞和自然殺傷細胞的作用，直接作用于腫瘤細胞。M2型巨噬細胞通過替代激活途徑促進組織重塑和創(chuàng)面愈合。以M2型巨噬細胞為主要特征的腫瘤相關巨噬細胞(TAMs)可促進疾病進展，惡化患者預后。抑制M2極化和促進M2向M1復極化是靶向TAM的兩種抗腫瘤輔助治療方法。因此，全面研究M2型巨噬細胞對LUAD的作用機制，對于抗腫瘤輔助治療中靶向TAMs具有臨床意義。多項研究通過單細胞RNA測序鑒定出不同的TAMs亞群，發(fā)現部分TAMs亞群表達M1型和M2型巨噬細胞表面標志基因，提示在M1型和M2型巨噬細胞之間存在一個中間TAMs亞群。然而，肺腺癌中潛在的調控機制及其與M2型巨噬細胞極化的關系尚不完全清楚。
AQP3在M2型巨噬細胞極化和體內腫瘤發(fā)生發(fā)展中的作用
研究人員建立了兩種類型的AQP3相關腫瘤模型，以探索AQP3在體內肺腺癌中的作用。在共接種同種異體皮下移植瘤模型中，sh-AQP3-M2 + LLC細胞組的腫瘤體積和重量均小于sh-NC-M2 + LLC細胞組。腫瘤切片HE染色顯示兩組核質比異常，但差異無統計學意義。免疫組織化學結果顯示，與sh-NC-M2 + LLC細胞組相比，sh-AQP3-M2 + LLC細胞組中Ki-67的表達明顯減弱，CD163的免疫熒光強度和免疫組織化學染色強度均下調。Sh-AQP3-M2 + LLC細胞的G6PDH和LDH活性明顯低于sh-NC-M2 + LLC細胞。
IL-6是AQP3介導的腫瘤進展的關鍵下游分子
在氨基甲酸酯誘導的AQP3基因敲除小鼠中，研究人員觀察到WT +氨基甲酸酯組與AQP3?/?氨基甲酸酯組相比，肺表面結節(jié)顯著增加。此外，WT + GW1929 +氨基乙烷組肺表面結節(jié)數量顯著增加，表明AQP3缺失可能會抑制腫瘤生長，而PPAR-γ激動劑可以促進腫瘤進展。此外，研究人員觀察到AQP3?/?+ GW1929 +聚氨酯組肺表面結節(jié)數量與AQP3?/?+聚氨酯組無顯著差異，但AQP3?/?+ GW1929 + IL-6 +聚氨酯組肺表面結節(jié)數量增加。肺結節(jié)的組織學檢查用HE和Ki-67染色顯示類似的結果。
隨后，研究人員研究了AQP3對小鼠肺組織中M2巨噬細胞極化和糖代謝的影響。研究結果表明，與WT +氨基甲酸酯組相比，敲除AQP3顯著降低了小鼠肺組織中F4/80+CD206+細胞的比例。而GW1929和IL-6對AQP3敲除小鼠F4/80+CD206+細胞的刺激比例無明顯變化。IHC分析顯示，AQP3在所有敲除小鼠中均為陰性表達，其中野生型小鼠的染色最為顯著，尤其是WT + GW1929 +氨基甲酸酯組。野生型小鼠的CD163染色密度高于AQP3敲除小鼠。野生型和IL-6刺激的AQP3敲除小鼠IL-6、GLUT1和LDHA免疫組化染色升高，但變化不顯著。G6PDH和LDH活性檢測實驗證實，G6PDH和LDH在WT +氨基甲酸乙酯組的表達量顯著高于AQP3?/?+氨基甲酸乙酯組，其中WT + GW1929 +氨基甲酸乙酯組的表達量最為顯著。AQP3?/?+ GW1929 +氨基甲酸乙酯組與AQP3?/?+氨基甲酸乙酯組G6PDH和LDH表達量無顯著差異，而AQP3?/?+ GW1929 + IL-6 +氨基甲酸乙酯組G6PDH和LDH表達量顯著升高。這些發(fā)現表明，AQP3對M2型巨噬細胞極化、腫瘤發(fā)生、糖代謝和上下行通路至關重要。
研究小結
綜上所述，本研究表明AQP3通過干擾M2巨噬細胞極化調節(jié)腫瘤細胞的增殖和遷移。PPAR-γ/NF-κB軸是AQP3介導的M2巨噬細胞極化的上游信號通路，而IL-6是AQP3介導的腫瘤進展的關鍵下游分子。這些發(fā)現為肺癌的早期發(fā)現和治療研究提供了新的理論和實驗基礎。
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