自然细胞生物学。作者手稿;2019年9月18日PMC发布。
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巨噬细胞靶向治疗通过释放I型干扰素反应增强化疗疗效
,1 ,#1中,2 ,#三,4 ,1 ,1 ,1中,5 ,1 ,1 ,1 ,三 ,6 ,7 ,8 ,9 ,10 ,三,11 ,8和1中,*
卡米拉·萨凡诺
1荷兰癌症研究所肿瘤生物学与免疫学部,荷兰阿姆斯特丹Plesmanlaan 121,1066 CX
水母Ciampricotti
1荷兰癌症研究所肿瘤生物学与免疫学部,荷兰阿姆斯特丹Plesmanlaan 121,1066 CX
桑德·图伊特
三德国波恩大学LIMES-研究所基因组学与免疫调节
Cheei-Sing-Hau公司
1荷兰癌症研究所肿瘤生物学与免疫学部,荷兰阿姆斯特丹Plesmanlaan 121,1066 CX
安托瓦内特·范·韦韦维克
1荷兰癌症研究所肿瘤生物学与免疫学部,荷兰阿姆斯特丹Plesmanlaan 121,1066 CX
赛斯·B·科菲尔特
1荷兰癌症研究所肿瘤生物学与免疫学部,荷兰阿姆斯特丹Plesmanlaan 121,1066 CX
凯利·克尔斯滕
1荷兰癌症研究所肿瘤生物学与免疫学部,荷兰阿姆斯特丹Plesmanlaan 121,1066 CX
金·维吉兰德(Kim Vrijland)
1荷兰癌症研究所肿瘤生物学与免疫学部,荷兰阿姆斯特丹Plesmanlaan 121,1066 CX
凯文·科斯
1荷兰癌症研究所肿瘤生物学与免疫学部,荷兰阿姆斯特丹Plesmanlaan 121,1066 CX
托马斯·乌拉斯
三德国波恩大学LIMES-研究所基因组学与免疫调节
宋继英
6荷兰癌症研究所实验动物病理学系,荷兰阿姆斯特丹Plesmanlaan 121,1066 CX
恰·休伊(Chia-Huey Ooi)
7瑞士巴塞尔罗氏创新中心,罗氏制药研究与早期开发
多米尼克·吕廷格
8德国彭茨堡罗氏制药研究与早期开发慕尼黑罗氏创新中心
乔斯·琼克斯
10荷兰癌症研究所Oncode研究所分子病理学系,荷兰阿姆斯特丹Plesmanlaan 121,1066 CX
约阿希姆·舒尔茨
三德国波恩大学LIMES-研究所基因组学与免疫调节
11德国神经退行性疾病中心和波恩大学的单细胞基因组学和表观基因组学平台(PRECISE)
卡罗拉·H·里斯
8德国彭茨堡罗氏制药研究与早期开发慕尼黑罗氏创新中心
卡琳·德维瑟
1荷兰癌症研究所肿瘤生物学与免疫学部,荷兰阿姆斯特丹Plesmanlaan 121,1066 CX
1荷兰癌症研究所肿瘤生物学与免疫学部,荷兰阿姆斯特丹Plesmanlaan 121,1066 CX
三德国波恩大学LIMES-研究所基因组学与免疫调节
6荷兰癌症研究所实验动物病理学系,荷兰阿姆斯特丹Plesmanlaan 121,1066 CX
7瑞士巴塞尔罗氏创新中心,罗氏制药研究与早期开发
8德国彭茨堡罗氏制药研究与早期开发慕尼黑罗氏创新中心
9法国里昂贝拉德中心医学部
10荷兰癌症研究所Oncode研究所分子病理学系,荷兰阿姆斯特丹Plesmanlaan 121,1066 CX
11德国神经退行性疾病中心和波恩大学的单细胞基因组学和表观基因组学平台(PRECISE)
#贡献均等。
*通讯作者:Karin E.de Visser,荷兰癌症研究所肿瘤生物学与免疫学部,荷兰阿姆斯特丹Plesmanlaan 1211066 CX。电话:+31-20-5126104。传真:+31-20-512057。ln.ikn@ressive.d.k 2当前地址:美国纽约州纽约市斯隆-凯特琳纪念癌症中心分子药理学项目和医学部
4当前地址:荷兰莱顿大学医学中心解剖与胚胎学系
5当前地址:英国格拉斯哥大学比森癌症研究所和癌症科学研究所
介绍
化疗反应差是癌症治疗成功的主要障碍。免疫系统对细胞毒抗癌治疗成功的影响越来越受到重视1在免疫原性肿瘤模型中,适应性免疫系统有助于某些化疗药物的治疗益处2,在免疫原性较低的转基因小鼠肿瘤模型中,这些相同的药物往往无法释放它三——5提示参与了免疫抑制机制。事实上,巨噬细胞和中性粒细胞通常是肿瘤中最丰富的免疫细胞,临床研究报告了这些髓样细胞与化疗效果不佳之间的关系4,6——10.实验动物研究证实肿瘤相关骨髓细胞与化疗反应不良之间存在因果关系4,5,11——20例如,在携带MMTV-PyMT的乳腺肿瘤小鼠中抑制巨噬细胞通过激活抗肿瘤免疫来提高紫杉醇的疗效4,5值得注意的是,巨噬细胞和中性粒细胞靶向剂目前正在进行临床评估21——23虽然前景看好,但上述临床前研究仅显示骨髓细胞靶向和化疗联合治疗的短暂疗效。需要更深入地了解作用机制,以促进合理设计治疗组合策略,将所谓的“冷”非T细胞燃烧肿瘤转化为“热”炎症肿瘤,从而在其他免疫原性较差的肿瘤中实现持久的抗肿瘤免疫。
通过组合体内干预实验和机理研究K14cre;加拿大存托凭证1前/后;Trp53基因前/后小鼠自发乳腺肿瘤模型24通过对接受抗CSF-1R治疗的患者进行肿瘤活检的验证研究,我们在此证明,通过释放肿瘤内I型干扰素反应,CSF-1R抑制与基于铂的化疗协同作用。除了这种抗CSF-1R介导的肿瘤微环境(TME)转化为I型干扰素富集环境外,在细胞毒治疗过程中还需要突破额外的免疫抑制层来参与抗肿瘤免疫。
结果
CSF-1R阻断剂不会影响乳腺癌的生长或转移K14cre;加拿大存托凭证1前/后;Trp53基因前/后老鼠
我们开始评估对巨噬细胞至关重要的集落刺激因子-1(CSF-1)/CSF-1R信号的作用25,在肿瘤进展中K14cre;加拿大存托凭证1前/后;Trp53基因前/后小鼠模型(KEP模型),在6-8个月大时自发形成类似人类浸润性小叶癌(ILC)的乳腺肿瘤24与人类ILC相似,KEP肿瘤也被巨噬细胞强烈浸润(补充图1a、b),而在MMTV-PyMT电视据报道,TME中存在两种不同的巨噬细胞群:CD11b你好MHCII公司你好CD206型你好乳腺组织巨噬细胞(MTM)和CD11b洛MHCII公司你好CD206型洛肿瘤相关巨噬细胞(TAM)26,在KEP小鼠的乳腺肿瘤中均为F4/80+巨噬细胞表达高水平的CD11b,低水平的CD206,只有一部分细胞表达MHCII(补充图1c). 小鼠肿瘤模型之间瘤内巨噬细胞表型的差异强调了不同肿瘤环境下巨噬细胞可塑性的复杂性。与年龄匹配的野生型室友的健康乳腺相比,KEP肿瘤中CSF-1蛋白水平增加,这与巨噬细胞内流一致(). KEP肿瘤中的癌细胞和宿主细胞均表达Csf-1型mRNA,而Csf-1型健康乳腺中几乎检测不到mRNA(). CSF-1R在TAM上高表达,在浸润性单核细胞和中性粒细胞上表达较少(补充图1d),但不在其他肿瘤相关免疫细胞或CD45上-单元格(补充图1d).
CSF-1R阻断剂提高了以铂为基础的化疗药物在K14cre;加拿大存托凭证1前/后;Trp53基因前/后的鼠标模型从头开始乳腺肿瘤发生。(a)晚期乳腺肿瘤患者CSF-1蛋白水平K14cre;加拿大存托凭证1前/后;Trp53基因前/后使用Luminex细胞因子阵列测量年龄匹配野生型(WT)小鼠(5只动物/组)的(KEP)小鼠和乳腺。(b)RNA的代表性图像就地杂交CSF-1型(棕色信号)在年龄匹配的WT小鼠的终末期KEP肿瘤和正常乳腺中。数据代表3只动物/组。比例尺=25μm。(c)F4/80的代表性IHC图像+按指示处理的时间点肿瘤中的巨噬细胞处死KEP小鼠。数据代表5只动物/组。比例尺=25μm。(d-e)CD11b比例+80层/四层+巨噬细胞(d)和Ly6G+Ly6C型低的中性白细胞(e)CD45门控+通过流式细胞术测定按指示治疗的终末期KEP小鼠肿瘤中的细胞(未治疗的5只动物,抗CSF-1R的3只动物,顺铂的6只动物,顺铂/抗CSF-1的5只小鼠)。(f)用对照抗体(ab)、抗CSF-1R(n=22只)、顺铂/对照抗体(n=21只)或顺铂/抗CSF-1 R(n=16只)治疗的KEP小鼠的Kaplan-Meier肿瘤特异性生存曲线。顺铂/对照ab与对照ab,p=0.0001;顺铂/对照ab与抗CSF-1R,p=0.0001;顺铂/抗CSF-1R与顺铂/对照ab的比较,p=0.0011(双尾log-rank检验)。(g)通过H&E染色切片的数字面积分析量化的时间点处死KEP小鼠每个肿瘤切片的非存活面积百分比(对照组5只动物,抗CSF-1R组5只,顺铂/对照组6只动物,顺铂/抗CSF-1 R组8只动物)。显示了具有代表性的H&E部分,虚线将可行区域与非可行区域分开。比例尺=50μm。(h)BrdU的量化+时间点处死KEP小鼠乳腺肿瘤存活区域的细胞(对照组6只动物,抗CSF-1R组5只动物,顺铂/对照组8只动物,顺铂/抗CSF-1 R组9只动物)。值表示BrdU的平均数量+通过计算每个肿瘤的五个高倍显微镜视野来量化每个视野(FOV)的细胞数。显示了具有代表性的BrdU IHC染色。比例尺=25μm。(i)未经治疗的KEP小鼠(n=12只动物)或接受奥沙利铂/对照ab治疗的小鼠(n=10只动物)和奥沙利平/抗CSF-1R治疗的小鼠的Kaplan-Meier肿瘤特异性生存曲线。奥沙利铂/对照组与未治疗组比较,p=0.0015;奥沙利铂/对照ab与奥沙利汀/抗CSF-1R的比较,p=0.0507(双尾log-rank检验)。数据显示于一,d-e公司和g-h(克-小时)为平均值±SEM,并使用双尾Mann–Whitney检验进行统计分析。CIS、顺铂、OX、奥沙利铂。
为了确定肿瘤内巨噬细胞的聚集是否依赖于CSF-1/CSF-1R信号传导,以及巨噬细胞是否影响肿瘤的生长和扩散,我们用高亲和力(KD类=0.2 nM)或使用对照抗体21CSF-1R阻断显著减少TAM人群()因此,CD45的总量+人口(补充图1e). 单独使用抗CSF-1R治疗不会影响肿瘤特异性生存()或自发转移形成(补充图1f). 我们还研究了抗CSF-1R在基于KEP的乳腺癌自发转移模型中的治疗活性27在这个模型中,在原位移植KEP衍生的肿瘤块,然后外科切除生长出的肿瘤后,小鼠发生明显的多器官转移性疾病。抗-CSF-1R在可触及的乳腺肿瘤发生后(连续设置)或乳房切除术后(辅助设置)开始,并持续到转移性疾病的发展(补充图1g). 无论治疗方案如何,对照组和抗CSF-1R组的肺转移特异性生存率和转移负荷相似(补充图1h,i). 因此,抗CSF-1R单药治疗无法影响KEP乳腺肿瘤的生长和扩散。
肿瘤患者CSF-1R阻断K14cre;加拿大存托凭证1前/后;Trp53基因前/后小鼠增强铂类化疗的抗癌作用
接下来,我们测试了抗CSF-1R与两种作用方式不同的常规化疗药物(顺铂,一种以铂为基础的抗癌药物,可交联DNA并诱导凋亡)和多西紫杉醇(一种通过稳定微管干扰细胞分裂的抗有丝分裂剂)联用的抗癌效果。TAM的减少证实了在化疗和抗CSF-1R治疗荷瘤KEP小鼠期间成功阻断CSF-1R通路(和补充图2a、b). 有趣的是,与顺铂/对照抗体治疗的小鼠相比,抗CSF-1R与顺铂协同作用,导致生存期延长(). 相反,在多西他赛/抗CSF-1R治疗的小鼠中未观察到治疗协同作用(补充图2c). 顺铂/抗CSF-1R的治疗协同作用与KEP肿瘤的更多坏死相关()但没有更多的半胱天冬酶3+凋亡细胞(补充图2d). 也许还涉及其他细胞死亡机制,或者我们的分析时间对于这个参数来说是次优的。此外,抗CSF-1R单药治疗,以及在较小程度上与顺铂联合治疗,减少了BrdU的数量+增殖细胞(). CD31的数量和周细胞覆盖率无明显变化+在分析的时间点观察微血管、肿瘤内DNA双链断裂的数量和肿瘤内顺铂加合物的形成(补充图2e-h). 正如预期的那样,这些参数在多西紫杉醇设置中没有改变(补充图2i-m).
为了评估抗CSF-1R介导的治疗协同作用是否是顺铂独有的,或者是否可以扩展到具有类似作用机制的药物,我们测试了另一种含铂药物奥沙利铂,发现联合CSF-1R阻断也提高了奥沙利铂的生存益处(和补充图2n). 这些数据表明,抗CSF-1R与基于铂的化疗药物协同作用,以延长乳腺肿瘤荷瘤KEP小鼠的生存期。
CSF-1R抑制改变K14cre;加拿大存托凭证1前/后;Trp53基因前/后肿瘤
巨噬细胞是炎症性TME的关键调节器28因此,我们开始评估抗CSF-1R对KEP肿瘤天然免疫景观的影响。尽管CD11b大量减少+80层/四层+抗CSF-1R的TAM,高达肿瘤内CD45的20%+免疫细胞仍表达巨噬细胞标志物F4/80(). 这种存活的CD11b的详细分析+80层/四层+人群显示,与CD11b相比,这些细胞表达炎性单核细胞标记物Ly6C的比例增加+80层/四层+对照抗体治疗肿瘤中的细胞(和补充图3a). 此外,幸存的CD11b+80层/四层+与瘤内CD11b相比,顺铂/抗CSF-1R治疗的肿瘤细胞表达高水平的共同刺激分子CD80、CD86、轻度升高的MHCII水平、降低的趋化因子受体CCR2和CX3CR1水平以及升高的PD-L1水平+80层/四层+顺铂/对照抗体处理小鼠的细胞(). 也在独立的原位移植中K14cre;Trp53基因前/后乳腺肿瘤模型,瘤内CD11b+80层/四层+抑制CSF-1R后残留的髓细胞表现出与抗CSF-1R-治疗的KEP肿瘤相应的表型改变(). 因此,抗CSF-1R会耗尽大部分CD11b+80层/四层+TAM,而少量CD11b+80层/四层+具有独特表型的细胞存活下来。为了探索这些存活细胞是否来源于循环单核细胞,我们转移了tdTomato+将单核细胞转化为对照抗体或抗CSF-1R治疗的荷瘤KEP小鼠。4天后,浸润CSF-1R肿瘤的转移单核细胞经治疗而非对照抗体治疗后,动物部分获得了存活的肿瘤内CD11b的表型+80层/四层+细胞群(即CX3CR1缺失和PDL1表达升高)(补充图3b-d). 这些发现表明存活的CD11b+80层/四层+抗CSF-1R治疗肿瘤中的细胞可能来源于新招募的循环单核细胞,但不能排除其他机制。
F4/80的特性+自发性细胞的流式细胞术K14cre;加拿大存托凭证1前/后;Trp53基因前/后肿瘤和原位移植K14cre;Trp53基因前/后抗CSF-1R治疗后的肿瘤。(a)CD11b的百分比+80层/四层+终末期KEP肿瘤中表达Ly6C的免疫细胞(未经治疗的5只动物,抗CSF-1R的3只动物,顺铂的6只动物,顺铂/抗CSF-1的5只小鼠)。(b-c)CD80的几何平均荧光强度(gMFI)(b)和CD86(c)F4/80上的表达式+SiglecF公司-KEP肿瘤中的细胞(顺铂/对照ab n=4只动物、顺铂/抗CSF-1R n=6只动物)。(d)表达MHCII的F4/80的百分比+SiglecF公司-F4/80上MHCII的细胞和gMFI+SiglecF公司-在KEP肿瘤中(顺铂/对照组n=5只动物,顺铂/抗CSF-1R组n=6只动物)。gMFI是通过从MHCII阳性人群的gMFI中减去MHCII阴性人群的gMMFI来计算的。(e-g)CCR2的gMFI(e)、CX3CR1(f)和PD-L1(g)F4/80上的表达式+Siglec F公司-KEP肿瘤中的细胞(CCR2和CX3CR1:顺铂/对照ab n=4只动物,顺铂/抗CSF-1R n=6只动物;PD-L1:顺丁/对照ab n=4只,顺铂抗CSF-1 R n=5只动物)。(小时-分钟)
K14cre;Trp53基因前/后将(KP)肿瘤块原位移植于FVB小鼠乳腺脂肪垫。(h)CD11b的百分比+80层/四层+SiglecF公司-在时间点处死的KP肿瘤中表达Ly6C的免疫细胞。(i-m)CD80的gMFI(i),CD86(j),CCR2(k)、CX3CR1(l)、和PD-L1(米)F4/80上的表达+SiglecF公司-时间点处死KP肿瘤中的细胞(n=8只动物/组,CCR2除外:对照组n=7只动物,抗CSF-1R组n=6只动物)。gMFI值显示在b-c、e-g和i-m公司通过从全染色的gMFI中减去荧光的gMFIs减去一(FMO)染色来确定。数据显示于a-m公司均为平均值±SEM,采用双尾Mann-Whitney检验进行统计分析。
然而,在治疗的KEP肿瘤中,巨噬细胞与中性粒细胞的比率约为3:1,而在抗CSF-1R治疗的肿瘤中,无论有无顺铂,这个比率都是相反的(). 然而,抑制CSF-1R后,肿瘤内中性粒细胞的绝对数量没有增加(补充图3e). 抗-CSF-1R治疗诱导单核细胞增加,肿瘤内嗜酸性粒细胞和肥大细胞数量轻度但无显著变化(补充图3f-h). 这些数据共同表明,顺铂/抗CSF-1R协同作用伴随着肿瘤髓系免疫格局的变化。最值得注意的是,抗CSF-1R治疗导致CD11b存活人群+80层/四层+表型改变的细胞。
巨噬细胞阻断通过释放肿瘤内I型干扰素信号增强顺铂反应
更好地描述抗CSF-1R存活的瘤内CD11b的表型+80层/四层+细胞,对CD11b进行下一代RNA测序(RNA-Seq)分析+80层/四层+从顺铂/对照抗体或顺铂/抗CSF-1R治疗的肿瘤中分离的细胞。前400个可变基因的层次聚类显示CD11b+80层/四层+来自顺铂/抗CSF-1R治疗肿瘤的细胞显示出不同的转录组特征,主要特征是参与I型IFN信号传导和I型IFN-产生的基因大量富集,而细胞周期相关基因减少(). 有趣的是,其余CD11b中CSF-1R的表达水平较低+80层/四层+来自顺铂/抗CSF-1R治疗肿瘤的细胞(FC:-2,04;p值=3,63x10-5)也许可以解释为什么这些细胞会抵抗抗CSF-1R治疗。同时,我们还对流式Ly6G进行了RNA-seq+Ly6C型低的从顺铂/对照抗体和顺铂/抗CSF-1R治疗的KEP小鼠肿瘤中分离出的中性粒细胞。该数据集中前400个可变基因的分层聚类显示,抗CSF-1R治疗也对肿瘤相关中性粒细胞的转录组谱有显著影响(补充图4a). 为了确保中性粒细胞中的这些转录组改变不是抗CSF-1R对中性粒细胞的直接影响,而是巨噬细胞靶向的间接结果,我们对早期生长受体2的靶基因进行了基因集富集分析(GSEA)(第二阶段),CSF-1R信号下游的转录因子29。在表达第二阶段抗CSF-1R中性粒细胞与对照抗体治疗肿瘤的靶基因(补充图4b)表明中性粒细胞不受抗CSF-1R的直接影响。有趣的是,BiNGO对前100个上调和下调基因的分析以及差异表达基因的Ingenuity Pathway分析显示,与顺铂/抗CSF-1R治疗的肿瘤相比,从中性粒细胞中分离出的与I型IFN信号相关的基因丰富(补充图4c,d和补充表3). 这些数据表明,顺铂/抗CSF-1R的治疗益处伴随着肿瘤内CD11b中I型IFN刺激基因(ISG)的诱导+80层/四层+细胞和中性粒细胞。
CSF-1R抑制改变TAM表型并在肿瘤微环境中诱导I型IFN信号。(a)CD11b间前400个可变基因的层次聚类+80层/四层+从经顺铂/对照ab和顺铂/抗CSF-1R治疗的KEP肿瘤中分离出的细胞(n=4只动物)(n=2个生物独立样本,每组5只小鼠)。FC:≥1,5;带FDR校正的p值:≤0,05。使用双向方差分析进行统计分析。(b)使用反应基因集比较CD11b对GSEA进行BubbleGUM可视化+80层/四层+顺铂/抗CSF-1R治疗肿瘤的细胞与顺铂/对照抗体治疗肿瘤的巨噬细胞。与中相同的小鼠一(标准化富集分数(NES)≥1,FDR值:0.25≤)。使用加权Kolmogorov–Smirnov-like统计量计算浓缩分数。(c)的成绩单伊夫纳(n=6只动物/组)和Ifnb公司(顺铂/对照组中5只动物,顺铂/抗CSF-1R组中6只动物)和(d)
第三阶段,钻机1和第一类在第二次顺铂注射后1天分离的KEP乳腺肿瘤中,用qPCR检测并归一化为β-肌动蛋白(n=6只动物/组)。(e-g)的成绩单伊夫纳和Ifnb公司KEP乳腺肿瘤(伊夫纳:n=对照组ab中的5只动物,n=抗CSF-1R中的6只动物;Ifnb:n=3只动物在对照组ab中,n=5只动物在抗CSF-1R中)(e),原位移植K14cre;Trp53基因前/后乳腺肿瘤(Ifna公司:n=对照组ab中的7只动物,n=抗CSF-1R中的8只动物;国际单项体育联合会:n=7只动物/组)(f)皮下接种MC38肿瘤(n=7只动物/组)(g)用对照ab和抗CSF-1R处理后,用qPCR检测并归一化为β-肌动蛋白。对肿瘤大小为100mm的小鼠进行分析2(KP)或治疗开始后12天(MC38)。(h)的成绩单伊夫纳(n=4只动物/组)和Ifnb公司CD11b中(顺铂组4只动物,顺铂/抗CSF-1R组3只动物)+80层/四层+用qPCR检测从终末期KEP肿瘤中分离的细胞,并将其归一化为β-肌动蛋白。中的图形c-h公司显示ΔCt值的平均值±SEM,并使用双尾Mann-Whitney检验进行统计分析。
我们假设这些瘤内免疫人群中ISG的富集是由于CSF-1R阻断后KEP肿瘤中I型IFN水平增加的结果。事实上,通过使用引物对所有基因进行杂交伊夫纳基因,mRNA表达伊夫纳,但不是Ifnb公司与顺铂/对照抗体治疗的小鼠相比,顺铂/抗CSF-1R治疗的KEP小鼠的肿瘤中(). 与此相一致,各种细胞内模式识别受体的mRNA水平第三阶段,钻机1和第一类与顺铂/对照抗体治疗相比,顺铂/抗CSF-1R治疗的肿瘤中其信号诱导产生I型IFN的上调(). 值得注意的是,抗CSF-1R后I型IFN表达的增加与化疗无关,因为肿瘤内IFN表达同样增加伊夫纳仅在抗CSF-1R上观察到表达()或使用多西他赛/抗CSF-1R(补充图5a). 我们还确认了伊夫纳-和两个ISG,第15期和Oas1a公司-在独立患者接受抗CSF-1R治疗后K14cre;Trp53基因前/后-基于肿瘤移植模型和接种MC38结直肠癌肿瘤21(和补充图5b,c). 这些数据表明,抗CSF-1R在TME中诱导I型IFN。
为了寻找I型干扰素的细胞来源,我们对顺铂和顺铂/抗CSF-1R治疗的KEP肿瘤的不同细胞群进行了流式分类(补充图5d)并进行了比较伊夫纳和Ifnb公司转录水平。浆细胞样树突状细胞(pDCs)因其产生I型干扰素的能力而闻名,然而,由于KEP肿瘤中存在的pDCs很少,不到肿瘤内总免疫人群的0.1%(补充图5e,f),我们无法恢复足够质量的RNA。同样,我们也没有从分选的CD31中获得足够质量的RNA+内皮细胞。只有CD11b+80层/四层+免疫细胞数量增加伊夫纳CSF-1R阻断后的表达水平(和补充图5g,h). 与这些一致体内调查结果,在体外抗CSF-1R适度诱导骨髓源性巨噬细胞伊夫纳培养24小时后的水平(补充图5i). 这些分析表明肿瘤内CD11b的存活人群+80层/四层+细胞是顺铂/抗CSF-1R治疗的KEP肿瘤中IFNα的重要来源。
为了剖析I型干扰素信号在顺铂/抗CSF-1R治疗益处中的功能意义,我们在KEP小鼠中阻断了干扰素-α/β受体亚单位1(IFNAR1)。虽然阻断I型干扰素信号不会影响顺铂的抗癌疗效,但抗IFNAR1治疗完全消除了顺铂/抗CSF-1R治疗的协同作用(). 这些发现表明,在荷瘤KEP小鼠中以抗CSF-1R的巨噬细胞为治疗靶点,可以释放肿瘤内I型IFN信号,从而增强顺铂的治疗效果。
CSF-1R阻断可增加用艾马曲单抗治疗的癌症患者肿瘤内I型IFN信号的表达,对顺铂/抗CSF-1R在肿瘤细胞中的协同治疗至关重要K14cre;加拿大存托凭证1前/后;Trp53基因前/后小鼠模型。(a)顺铂/对照ab、顺铂/抗CSF-1R治疗的KEP小鼠的Kaplan-Meier肿瘤特异性生存曲线(与)、顺铂/抗IFNAR1(n=15只动物)或顺铂/反CSF-1R/抗IFNAR1(n=21只动物)。顺铂/抗CSF-1R与顺铂/对抗CSF-1R/抗IFNAR1的比较,p=0.0064(双尾对数库检验)。(b)艾美珠单抗(抗CSF-1R)治疗患者(n=31名患者)28个I型干扰素刺激基因(ISG)肿瘤内表达水平的Log2比值与治疗前表达水平标准化。(c)艾美珠单抗治疗患者肿瘤中11个具有统计学意义的上调I型ISG表达水平的方框图(与). 比较治疗前(基线)肿瘤活检与治疗中(emactuzumab)活检的表达水平。最上面的线是最大值,方框的顶部是第三个四分位数,中心线是中位数,方框的底部是第一个四分位数,最下面的线是最小值。RPKM,每百万个映射读数中每千碱基外显子的读数。P值通过双尾Student t检验确定。
联合CSF-1R抑制和中性粒细胞耗竭参与抗肿瘤免疫,从而进一步提高顺铂的疗效
I型干扰素正在成为癌症生长和治疗反应的关键调节因子31,32I型干扰素可以通过不同的机制影响癌症生物学,包括诱导IFNAR的抗增殖和促凋亡作用+癌细胞33,34事实上,将来自自发KEP乳腺肿瘤的细胞系暴露于重组IFNα1会导致克隆形成能力的剂量依赖性降低,也会与顺铂联合使用,这表明I型IFN对KEP癌细胞具有直接抑制作用(). 因为I型干扰素也是抗肿瘤免疫的关键协调器33——35,我们假设抗CSF-1R诱导的I型IFN富集的TME可能促进抗肿瘤CD8+T细胞活性。然而,我们观察到肿瘤浸润CD4较少+或CD8+与顺铂/对照抗体治疗的肿瘤相比,顺铂/抗CSF-1R治疗的肿瘤中的T细胞(补充图6a-c)CD8/Treg比率未受影响(). 更多的NK细胞浸润顺铂/抗CSF-1R治疗的KEP肿瘤,然而颗粒酶B的数量+与顺铂/对照抗体治疗相比,细胞没有受到影响(和补充图6d). 我们以前报道过顺铂的疗效独立于适应性免疫系统三和,与缺乏更多的瘤内颗粒酶B一致+细胞和T细胞,我们这里也显示抗体介导的CD8耗竭+T细胞不会降低顺铂/抗CSF-1R治疗的疗效(). 此外,通过将KEP小鼠与RAG1杂交,对整个适应性免疫系统进行基因消融-/-小鼠不影响治疗协同作用(). 这些数据表明,在顺铂治疗的小鼠中,抗CSF-1R介导的TME转化为I型IFN富集环境不足以成功参与内源性抗肿瘤T细胞反应。
干扰素α1对αK14cre;加拿大存托凭证1前/后;Trp53基因前/后-衍生癌细胞系。(a)用增加浓度的IFNα1和顺铂处理的KEP衍生癌细胞和IFNAR1 KO KEP癌细胞的集落形成测定的代表性图像。7天后,结晶紫溶解,并在590nm处测量吸光度。数据代表了3个独立实验。数据为平均值±SEM。P值通过双向方差分析和Tukey多重比较试验确定。CIS,顺铂
中性粒细胞抑制参与抗肿瘤免疫,并进一步提高顺铂/抗CSF-1R的疗效。(a)CD8(CD8)+T细胞/FoxP3+基于IHC染色的时间点处死KEP小鼠肿瘤中的T细胞比率(顺铂/对照ab和顺铂/抗CSF-1R n=7只动物;顺铂/反CSF-1R/抗Ly6G n=6只动物)。(b-c)NKp46的量化+细胞(b)和颗粒酶B+细胞(c)在用顺铂/对照ab(NKp46 n=5只动物;颗粒酶B n=15只动物)、顺铂/抗CSF-1R(NKp46 n=5只动物;颗粒酶B n=15只动物)和顺铂/抗CSF-1R/抗Ly6G(NKp46 n=5只动物;颗粒酶B n=7只动物)处理的时间点乳腺肿瘤的存活区域中,处死KEP小鼠。数值表示通过计算每个肿瘤的五个高倍显微镜视野量化的每个视野的平均阳性细胞数。显示了具有代表性的颗粒酶B IHC染色。比例尺=50μm。(d)用顺铂/对照抗体治疗的KEP小鼠(n=6只动物)、顺铂/抗CSF-1R(n=16只动物)和顺铂/反CSF-1R/抗CD8(n=14只动物)的Kaplan-Meier肿瘤特异性生存曲线。顺铂/抗CSF-1R/抗CD8治疗的小鼠与顺铂/对抗CSF-1R治疗的小鼠相比,p=0.3728(双尾log-rank试验)。(e)顺铂/对照ab、顺铂/抗CSF-1R治疗的KEP小鼠的Kaplan-Meier肿瘤特异性生存曲线(与)、顺铂/抗Ly6G(n=11只动物)、顺铂/抗CSF-1R/抗Ly6mg(n=10只动物)或顺铂/反CSF-1R/反Ly6G/抗CD8(n=13只动物)。顺铂/抗CSF-1R治疗的小鼠与顺铂/对抗CSF-1R/抗Ly6G治疗的小鼠相比,p=0.0085;顺铂/抗CSF-1R治疗的小鼠与顺铂/对抗CSF-1R/抗Ly6G/a-CD8治疗的小鼠的比较,p=0.1104(双尾log-rank检验)。(f)顺铂/抗CSF-1R治疗的KEP小鼠的Kaplan-Meier肿瘤特异性生存曲线(n=16只动物,与d日)、顺铂/抗-CSF-1R/抗-Ly6G(n=17只动物,其中4只小鼠接受了顺铂/反-CSF-1R/抗-Li6G/IgG2a治疗;顺铂/抗击CSF-1R/抗/Ly6G和顺铂/对抗-CSF-1R-抗-Ly6/IgG2a之间未观察到差异),或顺铂/反对-CFS-1R/抗击Ly6G/抗-NK1.1(n=12只动物)。顺铂/抗CSF-1R治疗的小鼠与顺铂/对抗CSF-1R/抗Ly6G治疗的小鼠相比,p=0.0226;顺铂/抗CSF-1R治疗的小鼠与顺铂/对抗CSF-1R/抗Ly6G/抗NK1.1治疗的小鼠相比,p=0.4073(双尾log-rank检验)。(g)比较KEP中顺铂/抗CSF-1R和顺铂/反CSF-1R/抗Ly6G治疗的Kaplan-Meier肿瘤特异性生存曲线(实线;与(f))和KEP;抹布1-/-(虚线)老鼠。KEP中的顺铂/抗CSF-1R;抹布1-/-(n=12只动物)和KEP中的顺铂/抗CSF-1R/抗Ly6G;抹布1-/-(n=11只动物)。顺铂/抗CSF-1R/抗Ly6G治疗的KEP;抹布1-/-小鼠与顺铂/抗CSF-1R治疗的KEP;抹布1-/-小鼠,p=0.9597(双尾log-rank检验)。数据显示于a-c公司均为平均值±SEM,采用双尾Mann-Whitney检验进行统计分析。CIS、顺铂
我们接下来假设,在释放抗肿瘤免疫之前,可能有必要突破额外的免疫抑制层。顺铂/抗CSF-1R治疗的KEP肿瘤中最丰富的免疫细胞群是中性粒细胞()我们以前曾报道过KEP肿瘤培养的中性粒细胞具有很强的免疫抑制作用36为了解决中性粒细胞是否阻碍顺铂/抗CSF-1R治疗小鼠的抗肿瘤免疫,我们用中性粒细胞特异性抗Ly6G抗体(克隆1A8)治疗荷瘤KEP小鼠。S100A9免疫组化证实肺部中性粒细胞数量减少,肿瘤中性粒细胞减少程度较轻(补充图6e,f). 与顺铂/抗CSF-1R/抗Ly6G治疗相比,顺铂/反CSF-1G治疗显著提高了KEP小鼠的肿瘤控制能力,延长了生存期(). 虽然顺铂/抗CSF-1R暂时稳定肿瘤生长,但我们观察到,10只接受顺铂/反CSF-1R/抗Ly6G治疗的小鼠中有6只出现肿瘤缩小,其中2只小鼠的乳腺肿瘤在治疗期间完全消退(补充图6g,h). 如前所示,仅抗-Ly6G治疗不能影响KEP小鼠的原发性肿瘤生长36抗CSF-1R/抗Ly6G的组合也没有(补充图6i)抗Ly6G也没有改变顺铂的疗效(). 顺铂/抗CSF-1R/抗Ly6G治疗的KEP肿瘤的进一步特征表明,BrdU的数量显著减少+增殖细胞与γ-H2AX+DNA受损细胞(补充图6j,k). 凋亡细胞CD31的数量无统计学差异+血管和顺铂加合物(补充图6l-n). 有趣的是,CD8/Treg比率、NK细胞的绝对数量以及颗粒酶B的绝对和相对数量+与顺铂/对照抗体治疗相比,顺铂/抗CSF-1R/抗Ly6G治疗的肿瘤中免疫细胞增加(和补充图6d). 重要的是,在抗体介导的CD8耗竭后,抗Ly6G治疗获得的额外疗效部分丧失+T细胞或NK细胞()在KEP中进行同样的治疗时,完全废除;抹布1-/-老鼠(). 总的来说,这些数据表明,在这个免疫原性较差的小鼠肿瘤模型中,抗CSF-1R抗体介导的肿瘤环境向I型IFN富集环境的转化以及中性粒细胞依赖性免疫抑制的缓解促进了抗肿瘤免疫参与顺铂的抗癌作用。
讨论
人们越来越认识到免疫介导机制影响肿瘤对化疗的反应性1值得注意的是,巨噬细胞通过多种机制在小鼠肿瘤模型中积极干预化疗的疗效,包括通过分泌IL-10抑制抗肿瘤免疫5分泌组织蛋白酶等化学保护蛋白酶12或溶血磷脂分泌15干扰DNA损伤反应。这些巨噬细胞介导的化疗耐药机制依赖于TAM中可溶性介质的产生。我们的研究揭示了巨噬细胞靶向治疗如何提高化疗疗效的概念上的不同机制。通过体内机械研究K14cre;加拿大存托凭证1前/后;Trp53基因前/后乳腺癌转基因小鼠模型,我们证明用抗CSF-1R抑制巨噬细胞诱导肿瘤内I型IFN信号传导,该信号传导与顺铂协同作用以抑制肿瘤生长并延长生存期。
人们越来越关注I型干扰素对癌症行为和对免疫检查点抑制剂、放射治疗和化疗的反应的影响32,37——39除了与预后改善有关40——42,乳腺癌患者肿瘤内干扰素信号与化疗反应改善相关37临床前研究报告I型干扰素增强了化疗疗效37,43然而,干扰素相关基因特征也与化疗耐药相关44与I型干扰素信号在肿瘤中的多形性和尚不清楚的作用相一致。重要的是,I型干扰素信号受损是癌症患者免疫功能障碍的一个显著特征45我们的研究表明,抗CSF-1R是一种诱导肿瘤内IFN信号传导和使肿瘤对顺铂敏感的有效方法。值得注意的是,我们发现癌症患者的抗CSF-1R治疗也会导致ISG的瘤内表达增加,这证实了我们的研究结果,即抗CSF-1 R可在肿瘤中释放I型IFN反应。
我们的研究表明,抗CSF-1R可消耗F4/80的大部分+然而,TAMs是一种小的肿瘤内CD11b+80层/四层+具有不同表型的人群存活下来。有趣的是,这些存活细胞表达较低水平的Csf1r公司并且显著更高伊夫纳mRNA水平高于CD11b+80层/四层+未经治疗的肿瘤中的细胞,可能是伊夫纳肿瘤中的水平。在胰腺癌和胶质母细胞瘤模型中,由于CSF-1/CSF-1R通路的干扰,巨噬细胞表型也发生了改变46——49与我们的模型类似,在胰腺癌模型中靶向CSF-1,一方面耗尽TAM,另一方面将剩余的巨噬细胞重新编程为抗肿瘤表型。有趣的是,在这些巨噬细胞中也发现I型干扰素增加49然而,本研究并未从功能上探讨其作用。这些数据,再加上我们观察到IFNα在抗CSF-1R治疗的MC38结肠癌肿瘤中也上调,表明抗CSF-1A介导的I型IFN诱导不仅限于乳腺癌,而且还扩展到其他癌症类型。
I型干扰素可通过诱导凋亡或阻止增殖直接影响癌细胞,或通过刺激抗肿瘤免疫反应或抑制血管生成间接影响癌细胞33.符合观察结果体内抗CSF-1R治疗后增殖性肿瘤细胞减少,我们的在体外研究表明,IFNα1可以直接抑制KEP癌细胞。我们没有观察到CSF-1R抑制对肿瘤内血管数量或周细胞覆盖率的影响,排除了血管生成的影响。尽管I型干扰素在控制抗肿瘤免疫中起着关键作用31,32肿瘤内I型干扰素的增加不足以诱导有效的抗肿瘤T细胞反应。与KEP小鼠肿瘤培养中性粒细胞的免疫抑制表型一致36和其他型号50中性粒细胞的额外消融刺激了抗肿瘤免疫。令人惊讶的是,我们在顺铂/抗CSF-1R治疗的KEP小鼠中观察到具有IFN基因特征的中性粒细胞耗竭的治疗益处,而一些研究表明,I型IFN可以诱导中性粒细胞的抗肿瘤特性51然而,根据我们的数据,疟疾感染宿主和活动性结核病患者中性粒细胞中的I型IFN转录特征与组织损伤和疾病发病机制相关52,53,表明在这些情况下,中性粒细胞中的I型IFN信号传导可能导致其有害作用。此外,尽管I型干扰素通常被认为具有抗肿瘤功能,但一些关于慢性病毒感染的研究表明,当其持续存在于环境中时,会产生负反馈机制,例如产生免疫抑制环境34,54,55也许在我们的研究中,有一种类似的机制可以解释为什么I型干扰素能增强以铂为基础的化疗的细胞毒活性,但同时这种治疗协同作用受到免疫抑制程序的限制。尽管在胰腺癌小鼠模型中,T细胞激活与巨噬细胞和中性粒细胞联合耗竭控制肿瘤生长有关20,化疗背景下的完整机制尚未完全解决。我们的体内数据表明,虽然I型干扰素的释放对顺铂/抗CSF-1R治疗协同作用是必要的,但在顺铂治疗期间,需要进一步消耗中性粒细胞才能参与抗肿瘤免疫反应。
有趣的是,以铂为基础的药物顺铂和奥沙利铂与抗CSF-1R治疗有协同作用,而多西紫杉醇则没有协同作用,尽管在多西紫杉醇组中诱导了IFNα。重要的是要从机理上理解化疗类型如何决定其与I型干扰素信号协同作用的能力。这些见解将有助于开发CSF-1R靶向药物或其他I型干扰素诱导剂(包括STING激动剂)的最佳联合疗法56使用化疗药物。为了最大限度地提高细胞毒疗法对免疫原性较差的肿瘤类型的治疗效果,同时靶向中性粒细胞依赖性免疫抑制至关重要。
方法
老鼠
的生成和特征K14cre;加拿大存托凭证1前/后;Trp53基因前/后(KEP)小鼠之前已有描述24并通过Taconic Biosciences商用。将KEP小鼠回交到FVB/N背景上,通过对尾部DNA的PCR分析进行基因分型24,36.KEP小鼠与抹布1-/-老鼠(FVB/N,L.Coussens的礼物)生成K14cre;加拿大存托凭证1前/后;Trp53基因前/后;抹布1-/-(KEP;图1-/-)三.女性KEP和KEP;抹布1-/-从4个月大开始,通过触诊每两周监测一次小鼠乳腺肿瘤自发形成的情况。来自KEP和K14cre;Trp53基因前/后(千帕)24将小鼠收集在冰镇PBS中,切成小块,再悬浮在含有30%胎牛血清和10%二甲基亚砜的Dulbecco改良Eagle's培养基F12中,并储存在−150°C下。每周用卡尺测量两次乳腺肿瘤的垂直直径。年龄匹配的WT室友被用作对照。雌性FVB/N小鼠(年龄10-12周)取自Charles River。mTmG小鼠57(回交FVB/N背景)广泛表达tdTomato,用于分离骨髓单核细胞。小鼠被单独保存在荷兰癌症研究所动物实验室设施的通风笼中。提供了食物和水随意动物实验由荷兰癌症研究所动物伦理委员会批准,并按照机构、国家和欧洲动物护理和使用指南进行。该研究符合所有有关动物研究的道德规范。
体内干预研究
在开始治疗之前,将携带自发性乳腺肿瘤的KEP小鼠随机分为治疗组。小鼠腹腔注射嵌合(仓鼠/小鼠)抗CSF-1R抗体(克隆2G2,慕尼黑罗氏创新中心,单次加载剂量60 mg/kg,然后每周30 mg/kg);对照抗体(IgG1,MOPC21,慕尼黑罗氏创新中心,单次加载剂量60 mg/kg,然后每周一次30 mg/kg);抗Ly6G抗体(1A8,单次加载剂量400μg,然后每周三次100μg,BioXCell);抗IFNAR1(MAR1-5A3,每周三次100μg,BioXCell);抗CD8(2.43,单次加载剂量400μg,随后每周三次100μg,BioXCell);抗NK1.1(PK136单次加载剂量400μg,随后100μg,每周三次,BioXCell);IgG2a(C1.18.4单次加载剂量400μg,随后每周三次100μg,BioXCell)。每隔一周静脉注射MTD剂量的顺铂(5 mg/kg,Accord Healthcare Limited),共4个周期;每周静脉注射MTD剂量的多西紫杉醇(15 mg/kg,Accord Healthcare Limited),共4个周期;每10天静脉注射一次MTD剂量的奥沙利铂(6mg/kg,在NaCl中稀释,Fresenius Kabi),共3个周期。
当乳腺肿瘤达到25mm时,开始抗-CSF-1R、对照抗体、抗Ly6G、抗CD8和抗NK1.1治疗2当乳腺肿瘤达到50mm时,开始抗IFNAR1、顺铂、多西紫杉醇和奥沙利铂治疗2对于生存曲线实验和终末期分析,抗体治疗一直持续到肿瘤或累积肿瘤负荷达到225mm2对于生存曲线实验,事件被定义为具有225mm的累积肿瘤大小的动物2受检小鼠的主要死亡原因是溃疡性肿瘤或顺铂诱导的顺铂治疗小鼠的肾毒性。
对于时间点分析,在第二次化疗注射(治疗反应期)后一天或肿瘤大小为100mm时处死小鼠2在化疗-幼稚小鼠中。为了评估肿瘤细胞增殖,在处死前90分钟腹腔注射BrdU(50 mg/kg)。
将KP肿瘤块原位移植到10-12周龄FVB/N雌性小鼠的乳腺脂肪垫中。在开始治疗之前,将小鼠随机分为实验组,并使用上述对照抗体或抗CSF-1R进行治疗。从25毫米的肿瘤开始治疗2一直持续到肿瘤达到100毫米2当小鼠被处死时。
MC38肿瘤由慕尼黑罗氏创新中心提供。将MC38细胞皮下注射到C57Bl6/N小鼠体内,当肿瘤体积达到100mm时三用上述对照抗体或抗CSF-1R治疗。第二次治疗后5天处死小鼠21.
干预研究K14cre;加拿大存托凭证1前/后;Trp53基因前/后-基于自发转移模型
先前详细描述了基于KEP的原位自发转移模型27简单地说,将KEP肿瘤块(1x1 mm)原位移植到10-12周龄FVB/N雌性小鼠体内。乳腺肿瘤一旦达到225毫米大小,就进行手术切除2之后,对小鼠进行监测,并在它们因临床上明显的转移性疾病而达到人类终点时处死。乳腺肿瘤达到5mm后,用对照抗体或抗CSF-1R治疗荷瘤小鼠2(连续设置)或乳腺切除术后三天(辅助设置)。抗体治疗一直持续到受体小鼠出现转移性疾病引起的临床症状(例如呼吸窘迫)。
组织学、免疫组织化学、免疫荧光和RNA就地杂交
除NKp46 IHC外,所有组织化学和免疫组织化学分析均由阿姆斯特丹NKI的动物病理学机构进行。NKp46免疫组织化学在格拉斯哥英国癌症研究所Beatson研究所的组织学核心设施进行。为了进行组织化学分析,福尔马林固定组织按所述进行处理、切片和染色27简单地说,将组织固定在10%中性缓冲福尔马林中24小时,包埋在石蜡中,在4μm处切片,并用HE染色以进行组织病理学评估。H&E幻灯片使用Aperio ScanScope(Aperio,Vista,CA)进行数字处理。为了定量评估肿瘤中失去生存能力的区域,使用ImageJ对载玻片进行分析,方法是量化肿瘤总面积中非生存区域(定义为失去细胞的区域)的百分比。肥大细胞的组织化学用甲苯胺蓝进行。
为了进行免疫组化分析,石蜡切片被切割并脱蜡。抗体和抗原检索方法在补充表1在OCT中嵌入的冰冻组织上进行顺铂加合物染色。通过两名独立操作员以盲法计算每个肿瘤的五个高倍视野(FOV),手动对阳性细胞进行定量。使用BX43立式显微镜(Olympus)对样品进行可视化,并使用cellSens Entry软件(Olymbus)在明亮区域采集图像。
根据肺部和淋巴结中有无转移结节的显微镜下表现,计算携带转移的自发KEP小鼠的百分比。在转移模型中,肺中转移结节的数量是基于细胞角蛋白8的表达。分析中包括出现明显转移性疾病的小鼠,排除因原发肿瘤局部复发而被处死的小鼠。
采用NKI-AvL核心设施分子病理学和生物银行(CFMPB)对RATHER队列中浸润性小叶癌乳腺癌患者的FFPE材料进行CD68表达(1:2000,克隆KP1,Dako)的免疫组织化学分析58,59在NKI注册。根据国家档案材料使用指南,并经NKI-AVL翻译研究委员会(TRB)批准,使用匿名档案组织。
对FFPE材料进行免疫荧光分析。初级和次级抗体列表见补充表1切片用DAPI进行复染,并用徕卡SP5共聚焦显微镜进行可视化。使用LAS AF软件(Leica)拍摄图像,通过计算α-SMA获得数值+CD31型+细胞和总CD31+由2名独立研究人员在每个肿瘤的6个区域中培养细胞。
现场检测Csf-1型mRNA使用RNAscope®2.0 FFPE分析(高级细胞诊断,INC)进行,并根据制造商的建议进行60.
流式细胞术
KEP肿瘤在冷藏PBS中收集,并按说明进行处理61简单地说,使用McIlwain组织切碎器(Mickle实验室工程)对样品进行机械切割,并在37°C的无血清培养基中用3 mg/ml A型胶原酶(Roche)和25μg/ml DNase I(Sigma)在摇动水浴中酶解1h。清洗后,用荧光结合抗体对细胞进行染色(补充表1). 对于颗粒酶B的细胞内染色,在含有8%FCS、100 IU/ml青霉素、100μg/ml链霉素、0.5%β-巯基乙醇、50 ng/ml PMA、1μM离子霉素和Golgi-Plug(1:1000;BD Biosciences)的IMDM中刺激单细胞悬浮液,在37°C下刺激3 h。在表面抗原染色后,样品被固定和渗透(BD Biosciences),并对细胞内蛋白质进行染色。使用Diva软件(BD Biosciences)在BD LSRII或BD LSRFortessa流式细胞仪上进行数据采集,并使用FlowJo软件版本9.9.6进行数据分析。
肿瘤内细胞群的分离
在两个化疗周期(±100 mm)后的第1天,从KEP小鼠中获取原发性乳腺肿瘤2)或在末端(±225 mm2)如上所述生成单细胞悬浮液。CD11b的富集+如前所述,使用磁性柱(Miltenyi Biotec)对细胞进行检测61简言之,将单细胞悬浮液用抗CD11b-APC(1:200;克隆M1/70,eBioscience)染色20分钟,并根据制造商的说明(Miltenyi Biotec)与磁性抗APC微珠孵育。CD11b型+根据制造商的说明,用LS柱(Miltenyi Biotec)分离细胞。对于在治疗反应期从肿瘤中分离巨噬细胞和中性粒细胞,富集的CD11b+用Ly6G-FITC抗体(1:200;克隆1A8,BD Biosciences)、F4/80-PE抗体(1:2000;克隆BM8,eBioscision)和Ly6C-ef450抗体(1:400;克隆hk1.4,eBioscience)对部分进行染色。在PBS中以1:100的比例添加LIVE/DEAD®可固定的水死细胞染色剂(ThermoFisher Scientific),以排除死细胞。CD11b型+80层/四层+巨噬细胞和F4/80-赖氨酸6G+Ly6C型低的中性粒细胞用BD FACSARIA II分类器和DIVA软件(BD Biosciences)分离。
为了从终末期肿瘤中分离细胞群,我们分离了肿瘤内CD11b+和CD11b-如上所述,通过磁性细胞分选细胞。CD11b-和CD11b+如中所述对级分进行染色补充表1.CD11b+80层/四层+巨噬细胞,CD11b+80层/四层-赖氨酸6G-Ly6C型+单核细胞,CD11b+80层/四层-赖氨酸6G+Ly6C型低的中性粒细胞,CD11b-CD45型+CD11c公司-淋巴细胞和CD11b-CD45型-CD31型-用BD FACSARIA FUSION分类器和DIVA软件(BD Biosciences)分离肿瘤细胞。
单核细胞过继性转移
收集雌性mTmG小鼠的前腿、后腿和臀部,并冲洗骨髓。骨髓细胞用Fc Block(1:50,CD16/CD32,BD Biosciences)孵育,用抗Ly6G-APC(1:200,克隆1A8,Biolegend)染色,因此使用磁性柱(Miltenyi Biotec)对中性粒细胞进行阴性选择,如前所述61.Ly6G-然后用荧光结合抗体对部分进行染色(补充表1). 封锁世系之后+细胞(CD3、CD8、CD4、NKp46、Ter119)、Siglec F+,Sca1+和cKIT+细胞,td番茄+CD11b型整数赖氨酸6G-Ly6C型+使用BD FACSARIA FUSION分拣机和DIVA软件(BD Biosciences)分离单核细胞。1.5到2 x 10之间6td番茄+将单核细胞过继性转移到用对照抗体或抗CSF-1R治疗的荷瘤KEP小鼠的尾静脉。抗体治疗从25毫米的肿瘤开始2第二次抗体注射后一天(间隔一周),转移单核细胞。四天后处死KEP小鼠,分离肿瘤进行流式细胞术分析。抗体列于补充表1.
CRISPR/Cas9介导的基因破坏和集落形成分析
IFNAR1通过lentCRISPRv2瞬时转染从自发性KEP乳腺肿瘤细胞系中敲除62包含IFNAR1特异性sgRNA靶向外显子1(sgRNA1:5'-GCTCGCTGTGGGCGG-3')。转染24h后,细胞暴露于嘌呤霉素48h。细胞用IFNAR1-PE(1:200,克隆MAR1-5A3,eBioscience)染色,IFNAR1阴性细胞用BD FACSARIA FUSION sorter和DIVA软件(BD Biosciens)分选。
将250个KEP和IFNAR1 KO KEP细胞一式三份接种在24孔板中,第二天用更高浓度的重组IFNα1(Biolegend)处理细胞7天。第5天,添加4μM或8μM顺铂。第7天,清洗细胞,将其固定在冰镇甲醇中,并用0.05%结晶紫培养。为了定量,将结晶紫溶于10%乙酸中20 min,并在590nm处测量吸光度。
骨髓源性巨噬细胞
为了产生骨髓源性巨噬细胞(BMDMs),从WT小鼠后腿采集骨髓细胞,在含有8%FCS、100 IU/ml青霉素、100 mg/ml链霉素和20ng/ml重组M-CSF(Peprotech)的RPMI培养基中培养7天。分化后,收获BMDM并将其接种在24孔板(400000个BMDMs/孔)中,并培养过夜。第二天早上,将BMDM暴露于来自KEP癌细胞系的条件培养液(CM)中,其中含有8μg/ml的对照抗体或抗CSF-1R抗体,持续24小时。CM是通过在含有8%FCS、100 IU/ml青霉素和100 mg/ml链霉素的RPMI中培养KEP癌细胞(80-90%融合)24小时获得的。用Isolate II RNA Mini Kit(Bioline)和定量RT-PCR分离BMDM的RNA伊夫纳如下所述执行。
RNA分离和定量RT-PCR
使用Trizol(Invitrogen)从KEP小鼠的分选细胞和肿瘤中分离RNA。根据制造商的建议,样品用DNase I(Invitrogen)处理,然后用Qiagen RNeasy Mini Kit进行RNA清理。用Nanodrop(Thermo Scientific)定量分离的RNA。使用寡核苷酸(dT)引物,使用克隆的AMV第一链cDNA合成试剂盒(Invitrogen)将RNA转化为cDNA。使用500 nM引物,通过SYBR green real-time PCR分析每孔20 ng的cDNA(补充表2)使用LightCycler 480热循环器(罗氏)。样品重复运行,只有当双工样品的Ct值之间的差异小于1个周期时才进一步考虑。β-actin作为参考基因。
Luminex细胞因子阵列
使用BioRad细胞裂解缓冲液制备肿瘤和乳腺,并根据制造商的建议,使用Pierce BCA蛋白质检测试剂盒(Thermo Fischer Scientific)测定裂解产物的蛋白质浓度。使用Bio-Plex Pro™细胞因子23-Plex试剂盒(BioRad)测定蛋白裂解物中的CSF-1浓度,并根据制造商的说明进行测量。使用Bio-Plex Manager 6.0软件(Bio-Read)在Bio-Plex 200阅读器上进行数据采集和分析。
RNA测序和数据分析
RNA分离、文库构建和深度测序
CD11b型+80层/四层+和CD11b+80层/四层-赖氨酸6G+Ly6C型低的如上所述,从治疗反应期(肿瘤大小±100 mm)用对照抗体、抗CSF-1R、顺铂/对照抗体或顺铂/抗CSF-1 R治疗的KEP肿瘤中分离免疫细胞群2). 一些生物复制品由2-6只不同小鼠的细胞池组成。使用RNeasy Mini和Microkits(Qiagen)提取总RNA。根据Ovation RNA-Seq系统V2和Encore Rapid文库系统协议(NuGen),10 ng RNA被转换为cDNA文库,随后在HiSeq 1500系统上测序,并使用CASAVA v1.8(Illumina)解复用。
测序数据的预处理
使用默认参数,通过TopHat2 v2.0.11将所有读数与小鼠mm10参考基因组进行比对63将数据导入Partek Genomics Suite v6.6(PGS),并在使用统计软件R(v3.3.1)和DESeq2包进行归一化之前扣除基因和转录信息(http://dx.doi.org/10.1101/002832). 此后,将标准化读取计数减至至少1,如果所有组平均值的最大值大于10,则通过定义一个表达的基因来调整数据集。
差异表达基因的鉴定
使用PGS进行双向方差分析(ANOVA),以计算数据集中的顶级可变基因(治疗组与对照组),以及顺铂/抗CSF-1R中性粒细胞(与顺铂/对照抗体中性粒细胞)中存在的差异表达(DE)基因。当折叠变化(FC)≥1.5且未调整的p值≤0.05时,基因被定义为DE。基于ANOVA模型,使用PGS中的默认设置,对数据集中前400个可变基因(中性粒细胞和巨噬细胞、顺铂/抗CSF-1R与顺铂/对照抗体)进行层次聚类(HC)。
基因本体丰富性分析、GO网络可视化、灵巧路径分析和基因集丰富性分析
为了将转录组信息与先前的知识联系起来,我们对从接受顺铂/抗CSF-1R治疗的中性粒细胞中提取的100个最上调和100个最下调的基因(FC:≥1.5,未调整的p值:≤0.05)进行了基因本体富集分析(GOEA)(与顺铂/对照抗体暴露中性粒细胞相比)。随后,使用BiNGO可视化数据64,富集图65和文字模糊66Cytoscape中的插件。此外,使用Ingenuity Pathway分析(QIAGEN)对中性粒细胞中发现的所有差异表达基因进行分析。
利用BubbleGUM GSEA工具进行基因集富集分析(GSEA)67寻找来自顺铂/抗CSF-1R治疗肿瘤的巨噬细胞的富集途径(与顺铂/对照抗体巨噬细胞相比)。所询问的路径源自反应体基因集,并且显示了在一种条件下所有显示显著富集(错误发现率(FDR):≤0.25)的路径。具体解决第二阶段抗CSF-1R治疗的肿瘤中性粒细胞中的靶基因与对照抗体治疗的肿瘤中的中性粒细胞相比,GSEA使用先前发布的GSEA工具用于转录因子靶基因集68反应组和转录因子靶基因集是通过Broad Institute的在线可用分子特征数据库(MSigDB)获得的(http://software.broadinstitute.org/gsea/msigdb/index.jsp).
手稿中没有使用自定义代码。
患者活检中IFN刺激基因的表达评估
I型干扰素刺激基因的选择基于我们的KEP小鼠顺铂/抗CSF-1R模型的RNA-seq结果。这些基因属于下列生物过程补充表3。我们通过分析使用人源化抗人CSF-1R单克隆抗体埃马曲单抗(RG7155)进行临床1期试验的患者的配对基线和治疗中肿瘤活检的RNA-Seq数据,评估了抗CSF-1R对人类肿瘤中这些选定基因的影响。活检取自一项多中心、开放标签研究(临床试验.gov标识符{“类型”:“临床试验”,“属性”:{“文本”:“NCT01494688”,“term_id”:“ncT0149488”}}NCT01494688号). 患者每两周接受一次艾美珠单抗静脉滴注。收集31例患者的肿瘤活组织检查,这些患者患有广泛的不同类型的实体恶性肿瘤,无论是单独使用emactuzumab还是联合使用紫杉醇治疗(乳腺过度表达[n=13]和卵巢癌[n=7]样本)。本研究是根据《赫尔辛基宣言》、当前国际人类使用药物注册技术要求协调会议(ICH)指南以及所有适用的监管和道德要求进行的。该研究符合所有涉及人类参与者的研究相关道德规范。所有患者在进行研究相关程序之前均提供了书面知情同意书。如前所述进行RNA提取、RNA-Seq和数据分析69.
统计学和再现性
有关研究设计、样本量、生物复制次数、独立实验次数和统计分析的信息,请参见正文和图例。在单独的动物设施中重复并证实了顺铂/对照ab(或仅顺铂)-、顺铂/抗CSF-1R-和顺铂/抗CSF-1R/抗Ly6G处理的小鼠的存活曲线(,),其他体内干预一次。体外实验以类似的结果独立重复进行。使用GraphPad Prism 7和8进行统计分析(GraphPad-Software Inc.,加利福尼亚州拉荷亚)。双尾Mann-Whitney试验用于免疫组织化学和流式细胞术分析。采用双向方差分析和Tukey多重比较试验对结晶紫吸光度进行量化。Kaplan-Meier生存曲线采用双尾对数秩和检验。转移分析采用Fisher精确检验(双侧)。P值<0.05被认为具有统计学意义。