以形辨性 | JEM研究揭示结肠直肠癌肝转移中巨噬细胞形态与预后的关联

肝脏是结肠直肠癌最常见的转移部位。在治疗层面，结直肠肝转移的手术切除（CLMs）联合全身化疗方案的5年生存率高达50%，10年总生存率高达35%。然而，CLM患者在临床结果和预后层面存在较大的异质性，因此，只有改进与临床治疗相关特征的定义，才能细化患者分层并改善治疗效果。
目前，肿瘤原发部位和转移部位的微环境以及其中的免疫细胞有望成为更好的患者分级的重要临床特征。而肿瘤相关巨噬细胞（TAMs）作为肿瘤微环境的基本元素，为组织侵袭和转移提供了“捷径”，它们和临床预后的相关性已经在大量癌症患者中进行了研究，证实了TAMs作为癌症进展的预后指标和抗癌策略疗效的关键决定因素。
早期的研究已经证明，巨噬细胞在形态上存在异质性，那么这种异质性是否与肿瘤患者的预后存在相关性呢？为了回答这个问题，来自意大利 Humanitas Clinical and Research Center等单位的科学家们通过使用常规免疫组织学检查人类CLMs中的TAMs，发现它们在大小和形态方面的异质性可用于细化患者分层，并有望被开发为与临床结果相关的指标。2020年8月12日，这项研究以“Macrophage morphology correlates with single-cell diversity and prognosis in colorectal liver metastasis”为题在线发表于医学期刊Journal of Experimental Medicine上。

图片来源：Journal of Experimental Medicine

首先，研究人员检测了CLM中TAMs的形态，测量TAMs的密度和形态学指标，结果发现，与对照组相比，CLMs中巨噬细胞的面积和周长均显著增高；同时，较大形态的巨噬细胞，多见于预后较差的CLM患者，这些结果表明，形态学表征可以作为TAM多样性的一个简单指标，具有很强的预后意义。

图：CLM及对照组中巨噬细胞的形态及大小，来源：Journal of Experimental Medicine

接下来，研究人员选择抗CD163染色对巨噬细胞进行染色，因为这种分子更均匀地分布在细胞表面（而不是像CD68那样在细胞内），允许更好地评价形态测量指标。结果表明，存在较大形态巨噬细胞的患者预后显著劣于小型巨噬细胞。
 
图：巨噬细胞形态大小与患者预后之间的统计学分析，来源：Journal of Experimental Medicine
另外，在对101例CLM患者进行多因素回归分析时，只有TAM区域与无病生存率（DFS）存在独立的统计相关性。这一结果更加凸显了巨噬细胞形态作为预后指标的意义。

图：影响 CML 患者预后的相关因素的分析，来源：Journal of Experimental Medicine

随后，为了深入了解连接巨噬细胞形状和功能的分子机制，研究人员对来自五例CLM患者的小巨噬细胞和大巨噬细胞进行了转录组测序分析。
首先，在细胞形态学上，L-TAMs表现出较高的细胞内复杂性，并且常呈现胞内空泡，这可能意味着吞噬溶酶体的激活或泡沫细胞中常见的脂质积聚。转录组分析中鉴定出1,172个存在统计学差异的基因，对这些差异基因进行通路富集分析，结果发现许多与脂质代谢相关的通路在L-TAMs组显著高表达，同时脂蛋白代谢的GSEA分析也显示其在L-TAMs组显著富集；而炎症相关的通路（如白细胞外渗、急性期反应和NF -kB信号通路）在L-TAMs组大多是下调。

图：L-TAM与S-LAM的形态及转录组差异分析，来源：Journal of Experimental Medicine

为了验证上述的发现，研究人员对两种形态的巨噬细胞中胆固醇转运、细胞外脂质受体相关的基因进行了验证，结果显示L-TAM显著高与S-LAM组。

图：脂代谢相关基因在L-TAM与S-LAM组的差异表达，来源：Journal of Experimental Medicine

上述数据证明了L-TAM与S-LAM之间存在的差异主要为脂质代谢，前期的研究也表明，脂质代谢特别是胆固醇是巨噬细胞功能的关键调节因子，与肿瘤的促进和T细胞反应的抑制有关。那么除此之外，两者是否还有其他显著差异？深入的数据分析发现，补体相关通路及代表性基因在L-TAM组均呈现高表达。 

图：补体通路及相关基因在L-TAM组高表达，来源：Journal of Experimental Medicine

综上所述，该研究从巨噬细胞形态学出发，揭示了不同大小的巨噬细胞对CLM患者的预后具有指导意义，同时，转录组数据表明L-TAM具有脂质代谢、补体成分的高表达，这可能是其具有强预后意义的基础。同时，TAMs的准确定量形态表征可以作为功能多样性的一个易于量化的关联，具有很强的预后意义，这种现象一旦在多机构队列中得到验证，将为更好的病人分层和改善治疗效果开辟新的道路。 
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       文章来源：测序中国

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