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CD133+PD-L1+癌细胞在黑色素瘤中对工程化巨噬细胞治疗的抵抗机制

期刊:Nature CommunicationsDOI:10.1038/s41467-025-55876-0

这篇文档属于类型a,即报告了一项原创性研究。以下是针对该研究的学术报告:


CD133+PD-L1+癌细胞通过TGF-β信号通路介导黑色素瘤对巨噬细胞过继疗法的耐药性研究

作者与机构
本研究由Jiaojiao Xu、Zhe Li、Qinli Tong等来自复旦大学药学院(School of Pharmacy, Fudan University)、复旦大学闵行医院(Minhang Hospital, Fudan University)以及上海交通大学医学院附属仁济医院(Renji Hospital, Shanghai Jiao Tong University School of Medicine)的研究团队合作完成,通讯作者为Wei Lu和Zeyu Xiao。研究成果于2025年发表在《Nature Communications》期刊(DOI: 10.1038/s41467-025-55876-0)。

学术背景
过继性细胞疗法(Adoptive Cell Therapy, ACT)在血液系统恶性肿瘤治疗中已取得显著成效,但在实体瘤(如黑色素瘤)中疗效有限。巨噬细胞因其可塑性、肿瘤穿透能力和微环境调控能力,成为实体瘤治疗的潜在候选细胞。然而,工程化巨噬细胞(如CAR-Mφ或纳米颗粒修饰的巨噬细胞)的过继转移疗法常因肿瘤复发而失败,其耐药机制尚不明确。本研究聚焦于黑色素瘤中CD133(一种癌症干细胞标志物)与PD-L1(Programmed Death-Ligand 1,程序性死亡配体1)共表达的癌细胞亚群,探索其通过TGF-β(Transforming Growth Factor-β,转化生长因子-β)信号通路介导耐药性的机制,并提出联合热疗(Hyperthermia)逆转耐药性的策略。

研究流程与实验设计
1. 耐药性模型的建立与表型分析
- 研究对象:小鼠B16F10黑色素瘤模型和人类A375黑色素瘤异种移植模型。
- 实验设计:通过过继转移铜硫化物纳米颗粒(CuS NPs)修饰的巨噬细胞(NPs-Mφ),观察肿瘤复发情况。
- 关键发现:复发肿瘤中CD133+PD-L1+癌细胞比例显著升高(0.35%),且该亚群高表达TGF-β、IL-10和VEGF-α等免疫抑制因子(图2d)。

  1. 耐药机制解析

    • TGF-β信号通路激活:单细胞RNA测序(scRNA-seq)显示,CD133+PD-L1+癌细胞中TGFBR2、SMAD2/4等通路基因显著上调(图2e)。
    • 肿瘤微环境(TME)重塑:TGF-β促进癌症相关成纤维细胞(CAFs)活化,导致细胞外基质(ECM)硬化(胶原IV和II沉积),限制NPs-Mφ的肿瘤浸润(图1d-f)。
    • 免疫抑制效应:CD133+PD-L1+癌细胞通过PD-L1抑制CD8+ T细胞杀伤功能,并通过TGF-β降低巨噬细胞的吞噬能力(图3c-d)。
  2. 临床样本验证

    • 人类黑色素瘤标本:6例临床样本中,转移性肿瘤(#3-#6)的CD133+PD-L1+细胞比例显著高于原发性肿瘤(#1-#2)(图6h),提示该亚群与肿瘤进展相关。
  3. 联合治疗策略探索

    • PD-L1阻断的局限性:抗PD-L1抗体(αPD-L1)因被NPs-Mφ内吞降解而疗效受限(图7c)。
    • TGF-β抑制剂的协同作用:TGF-β抑制剂TEW-7197联合NPs-Mφ可延长小鼠生存期(45天 vs. 单药26天),但无法完全抑制复发(图7e)。
    • 热疗的突破性效果:45°C热疗通过上调“吃我”信号钙网蛋白(Calreticulin, CalR),显著增强NPs-Mφ对CD133+PD-L1+癌细胞的吞噬(图8b-c),并降低TME中TGF-β水平和ECM硬度(图8e)。联合热疗与NPs-Mφ治愈率达90%(图8d)。

主要结果与逻辑链条
1. 耐药亚群的鉴定:复发肿瘤中CD133+PD-L1+癌细胞通过TGF-β-CAFs-ECM轴形成物理和免疫抑制屏障(图9a)。
2. 机制验证:体外共培养实验证实TGF-β促进PD-L1表达(图2a),而CD133+PD-L1+癌细胞对NPs-Mφ的吞噬具有固有抗性(图3c)。
3. 临床相关性:人类转移性黑色素瘤中CD133+PD-L1+细胞富集,与小鼠模型一致(图6h)。
4. 治疗优化:热疗通过诱导CalR表达逆转耐药性,且联合NPs-Mφ实现完全缓解(图9b)。

结论与价值
1. 科学价值:首次揭示CD133+PD-L1+癌细胞通过TGF-β信号通路驱动黑色素瘤对过继性巨噬细胞疗法的耐药性,为实体瘤免疫治疗耐药机制提供了新见解。
2. 应用价值:热疗作为辅助手段可显著提升NPs-Mφ疗效,为临床联合治疗提供新策略。此外,CD133+PD-L1+亚群或可作为预测治疗响应的生物标志物。

研究亮点
1. 创新发现:鉴定CD133+PD-L1+癌细胞为耐药关键亚群,并阐明其通过TGF-β-CAFs-ECM轴的调控网络。
2. 技术突破:结合scRNA-seq、生物原子力显微镜(BioAFM)和体内外热疗模型,多维度解析耐药机制。
3. 临床转化潜力:热疗联合过继疗法的治愈效果为黑色素瘤及其他实体瘤治疗提供了新思路。

其他有价值内容
研究还发现,PD-1阻断剂(αPD-1)虽部分降解,但与NPs-Mφ联合仍可延长生存期(补充图13a),提示针对T细胞免疫检查点的联合策略需进一步优化。此外,术中近红外二区(NIR-II)荧光成像引导的热疗在深层结肠癌模型中展现潜力(补充图17),拓展了该技术的临床应用场景。


(注:全文约2000字,涵盖研究全貌,重点突出机制解析与治疗策略的创新性。)

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