膠質(zhì)母細胞瘤（GBM）在基因組、轉(zhuǎn)錄組和表觀遺傳層面上表現(xiàn)出高度的腫瘤內(nèi)和腫瘤間異質(zhì)性。GBM與腫瘤免疫微環(huán)境之間的相互作用在腫瘤的發(fā)生和發(fā)展中起著重要作用。然而，GBM如何促進腫瘤免疫微環(huán)境的機制仍然不清楚。英國愛丁堡大學再生醫(yī)學中心的Steven M. Pollard團隊^[1]通過體外試驗和動物模型發(fā)現(xiàn)，膠質(zhì)母細胞瘤干細胞（glioblastoma stem cell, GSC）通過表觀遺傳途徑進行免疫編輯，促進髓系細胞的招募，形成富含髓系細胞的腫瘤微環(huán)境，從而實現(xiàn)免疫逃逸并促進腫瘤進展。

本文中細胞分選及細胞系的構(gòu)建均采用單細胞可視化分選培養(yǎng)系統(tǒng)isoCell。該系統(tǒng)可確保分選出的細胞100%為單細胞，可以實現(xiàn)高通量、自動化、高成活率的單克隆細胞系構(gòu)建、微生物分選與培養(yǎng)、單細胞分選、單細胞組學等功能。

單細胞可視化分選培養(yǎng)系統(tǒng)isoCell

 
研究者在BL6小鼠的神經(jīng)干細胞中分別引入了五種已確定的GBM驅(qū)動突變（包括EGFRvⅢ過表達、PDGFRA過表達、以及NF1、PTEN和TP53的基因敲除）（圖1A）。隨后，研究者將這些突變組合在一起以模擬GBM。他們通過同時敲除NF1和PTEN并過表達EGFRvIII，形成了帶有三重突變的NPE細胞系（圖1B-C）。在這種細胞系中，可以觀察到小鼠體內(nèi)出現(xiàn)侵襲性的腫瘤生長和浸潤（圖1D），以及GBM的典型特征（圖1E-H），可以用其來模擬腫瘤細胞與腫瘤微環(huán)境（TME）的相互作用。為了對照，研究者在免疫缺陷的NSG小鼠中平行生成了相應的腫瘤（圖1I）。NPE腫瘤能夠誘發(fā)BL6小鼠的免疫反應，在BL6小鼠中的生長速度比在NSG小鼠中更慢（圖1J），而且大多數(shù)BL6宿主能夠在腫瘤檢測不到的情況下長期生存（圖1G）。這些數(shù)據(jù)表明，BL6小鼠的宿主免疫系統(tǒng)對NPE細胞產(chǎn)生了反應，并限制了腫瘤的生長。

圖1 工程GSC在連續(xù)移植中獲得免疫逃逸能力
 

因此，通過對腫瘤細胞進行連續(xù)移植后的原代培養(yǎng)，可以富集獲得免疫逃逸能力的細胞。研究者在進行三輪BL6小鼠移植及其腫瘤原代培養(yǎng)后，發(fā)現(xiàn)NPE-IE細胞表現(xiàn)出更強的腫瘤形成能力（圖1I），并且小鼠的生存期顯著縮短（圖1J），這表明NPE-IE細胞獲得了免疫逃逸的能力。這與免疫編輯的概念相符，即宿主的持續(xù)免疫攻擊導致了具有更強免疫逃逸能力的細胞的出現(xiàn)。

為了揭示NPE-IE細胞獲得免疫逃逸能力的內(nèi)在機制，研究者將NPE細胞和NPE-IE細胞分別與野生型NSCs進行了對比。然而，通過核型分析和全基因組測序，結(jié)果顯示無論是倍性、結(jié)構(gòu)還是點突變都沒有顯著異常（圖2A），這表明NPE-IE腫瘤的獲得性免疫逃逸并非源于克隆進化或經(jīng)典的遺傳免疫編輯過程。進一步的轉(zhuǎn)錄組分析發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)錄因子Ccl9和Irf8的高表達可能與“訓練”免疫逃逸有關（圖2B、2F）。既往研究已表明，Ccl9與致瘤性微環(huán)境的建立有關，這可以解釋NPE-IE腫瘤中髓系細胞的增加；而Irf8表達的上調(diào)則令人意外，因為它作為髓系特異性轉(zhuǎn)錄因子通常僅在造血細胞中表達，參與髓樣細胞和巨噬細胞的分化。綜上所述，研究者發(fā)現(xiàn)機體對NPE細胞的免疫攻擊可以引發(fā)腫瘤顯著的轉(zhuǎn)錄改變。

圖2 免疫逃避細胞在免疫攻擊后進行了顯著的轉(zhuǎn)錄重組
 

研究者還發(fā)現(xiàn)，腫瘤細胞中許多基因的去甲基化與免疫逃逸有關（圖3D）。最顯著的甲基化變化出現(xiàn)在Irf8的啟動子和編碼區(qū)，其低甲基化與轉(zhuǎn)錄活性的增加相一致（圖3D-E）。

圖3 NPE-IE細胞的免疫逃逸特性通過表觀遺傳免疫編輯而強化
 

巨噬細胞可以通過干擾素γ（IFNγ）誘導的STAT1信號通路來引發(fā)Irf8的表達。研究者通過體外實驗發(fā)現(xiàn)，來自免疫腫瘤微環(huán)境的慢性IFNγ信號可能會刺激NPE細胞中Irf8的表達激活（圖4B-C），且這種激活與Irf8位點的DNA去甲基化狀態(tài)相一致。JAK/STAT抑制劑托法替尼未能逆轉(zhuǎn)NPE-IE細胞中IRF8的表達，這表明在NPE-IE細胞中，維持Irf8高表達的機制是不依賴于JAK/STAT的（圖4D）。

圖4 Irf8對IFNγ及TAM信號的應答在免疫逃逸中有重要作用
 

經(jīng)過IFNγ處理后，NPE細胞中關鍵基因（如Irf8、H2-Ab1）出現(xiàn)了廣泛的激活（圖4E）。研究表明，浸潤的巨噬細胞群（F4/80+，CD45hi）可能會刺激免疫原性NPE細胞發(fā)生上述轉(zhuǎn)錄變化（圖4F），這表明腫瘤浸潤巨噬細胞可能是TME中IFNγ的主要來源。

研究者使用iotaSciences的單細胞可視化分選培養(yǎng)系統(tǒng)isoCell分選并培養(yǎng)了NPE-IE Irf8敲除細胞，隨后構(gòu)建了相應的細胞系。NPE-IE Irf8敲除細胞系的腫瘤發(fā)展動力學與移植了NPE-IE細胞的小鼠相似（圖4H-I），證明Irf8的激活是NPE-IE細胞免疫逃逸的重要因素，并且這種激活可能通過體內(nèi)的IFNγ信號介導。

文中使用的單細胞可視化分選培養(yǎng)系統(tǒng)—isoCell采用GRID技術，在培養(yǎng)皿上雕刻出單獨的細胞腔室陣列，并將單個細胞以納升體積全自動地分配到各個GRID單細胞腔室中。isoCell自帶的成像系統(tǒng)，可確保分選出的細胞100%為單細胞。isoCell可以將單細胞在GRID中培養(yǎng)成單克隆細胞系，培養(yǎng)過程中可以根據(jù)客戶需求進行換液操作，全流程可視化監(jiān)控以保證每個單克隆細胞系均來自所挑選的單個細胞。

這項研究揭示了GBM細胞在受到免疫攻擊后，通過表觀遺傳重組和髓系特異性轉(zhuǎn)錄因子的表達，增強TME的免疫抑制性，促進腫瘤細胞的免疫逃逸。這為監(jiān)測免疫治療過程中GBM細胞的免疫逃逸及制定新的免疫治療策略提供了新的思路，對于在GBM中發(fā)現(xiàn)的表觀遺傳免疫編輯過程是否也適用于其他腦瘤或癌癥，將具有重要意義。

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參考文獻：

[1]. Gangoso,   E., Southgate, B., Bradley, L., Rus, S., Galvez-Cancino, F., McGivern, N.,   ... & Pollard, S. M. (2021). Glioblastomas acquire myeloid-affiliated   transcriptional programs via epigenetic immunoediting to elicit immune   evasion. Cell, 184(9), 2454-2470.