【多组学】PNAS（IF=9.4）：单细胞测序联合多组学，揭示红系祖细胞介导的脾脏-肿瘤相互作用抑制肿瘤免疫新机制

丰信生命科学

2025-04-16

导读：杂志名称：PNAS影响因子：9.4发表时间：2025年2月研究团队：武汉大学口腔医院孙志军团队、美国NIH牙科和颅面研究所WanJun Chen团队涉及组学：单细胞转录组，转录组，免疫荧光，ELISA

研究背景

癌症是一种全身性疾病，在肿瘤进展和治疗过程中，肿瘤本身及其周围组织的免疫状态会发生显著变化。然而，肿瘤发展过程中系统性免疫的动态变化尚未完全明确。既往研究发现，肿瘤可以劫持红系祖细胞（EPCs），导致脾脏肿大，并通过脾脏与肿瘤的相互作用损害系统性和局部抗肿瘤反应。2025年2月，武汉大学口腔医院孙志军团队、美国NIH牙科和颅面研究所WanJun Chen团队成果在PNAS 在线发表。揭示脾脏作为“免疫调控枢纽”，通过EPCs介导肿瘤系统性免疫抑制的新机制。

杂志名称：PNAS（Proceedings of the National Academy of Sciences）

影响因子：9.4

文章题目：Erythroid progenitor cell-mediated spleen-tumor interaction deteriorates cancer immunity

发表时间：2025年2月

研究团队：武汉大学口腔医院孙志军团队、美国NIH牙科和颅面研究所WanJun Chen团队

本研究涉及组学：单细胞转录组，转录组，免疫荧光，ELISA等

DOI：10.1073/pnas.2417473122

研究思路

研究结果分析

1. 肿瘤诱导脾脏髓外造血，重塑免疫微环境

研究发现，HNSCC模型中脾脏显著增大（脾指数增加1倍以上），脾细胞数量增多 3 倍，主要源于肿瘤诱导的髓外造血（EMH）。脾切除实验表明，肿瘤接种 7 天后切除脾脏可显著抑制肿瘤生长，且术后肿瘤内免疫细胞表型发生激活，如CD8⁺ T细胞中CD107a表达水平升高，DCs中MHC-II和CD80表达水平升高；而提前切除脾脏则无明显效果，提示脾脏在肿瘤进展中被“劫持”，成为促肿瘤免疫抑制的核心器官。

2. CD45⁺和CD45^-EPCs的异常积累与功能分化

研究对来自SCC7肿瘤模型的脾脏进行单细胞RNA及表面蛋白测序（CITE-seq），发现共11个主要细胞群体。研究发现脾脏中CD45⁺和CD45^-EPCs在肿瘤进展中显著富集。且CD45⁺ EPCs和CD45^- EPCs显示出较其他细胞群体更高的红细胞相关基因表达，其中CD45^- EPCs表现出高增殖活性（富集细胞周期相关基因）；而CD45⁺EPCs则高表达PD-L1、VISTA等免疫抑制分子。功能分析显示，CD45⁺EPCs富集到免疫抑制相关通路，例如PD-L1，并参与增强肿瘤微环境中的免疫抑制。肿瘤切除后，脾脏EPCs比例下降，表明其积累依赖于肿瘤微环境。

3. CD45⁺EPCs通过PD-L1介导免疫抑制

与CD45^-EPCs相比，CD45⁺ EPCs显著抑制CD8⁺ T细胞功能，且这种抑制作用在肿瘤小鼠中更为明显。Bulk RNA-seq分析显示，CD45⁺EPC的免疫抑制作用与HDGF（Heparin-binding growth factor）通路相关。肿瘤诱导的CD45^- EPCs能通过分泌HDGF增强CD45⁺ EPC的PD-L1表达，进而抑制CD8⁺T细胞的免疫活性。CD45⁺ EPCs中免疫抑制标志物（如CD274）表达增加，KEGG分析显示PD-L1表达和PD-1检查点通路上调。阻断PD-1/PD-L1信号可逆转CD45⁺ EPCs对CD8⁺ T细胞的免疫抑制作用。

4. CD45^- EPCs通过HDGF/STAT3/PD-L1 轴促进CD45⁺ EPCs的免疫抑制

为了进一步探究促进脾脏CD45⁺EPC免疫抑制的机制，研究者分选不同的脾细胞群并与CD45⁺EPCs共培养，结果显示荷瘤小鼠脾细胞亚群中只有脾CD45^- EPCs促进CD45⁺ EPCs的PD-L1表达。脾脏CD45^- EPCs分泌的HDGF通过激活STAT3信号通路，促进CD45⁺ EPCs中PD-L1表达，增强其免疫抑制功能。抑制HDGF或STAT3可显著降低CD45⁺ EPCs的免疫抑制作用。PD-L1高表达的CD45⁺EPCs 显著抑制 CD8⁺T细胞的增殖和IFN-γ分泌，且这种抑制作用可被PD-1/PD-L1抗体阻断。

5. 脾脏 EPCs 通过 CCL5-CCR5 轴迁移至肿瘤，强化局部免疫抑制

接下来，探究了脾脏CD45⁺EPCs是否以及如何浸润到肿瘤中以执行其免疫抑制功能。研究者使用移植的SCC7肿瘤模型来评估肿瘤发展过程中肿瘤内免疫微环境的改变。结果表明瘤内CD45⁺EPCs高表达趋化因子受体CCR5，而肿瘤组织高分泌CCL5。CCR5阻断可减少肿瘤内CD45⁺ EPCs的浸润，增强抗肿瘤免疫反应，促进其向肿瘤迁移。

6. 靶向EPCs可增强免疫治疗效果

在确定了EPCs通过脾脏和肿瘤之间的相互作用减弱抗肿瘤免疫反应的作用后，研究者下一步探索了一种在体内靶向EPCs以恢复抗肿瘤免疫的策略。通过脾切除术、CCR5抑制剂、抗CD71抗体或抗Ter119抗体等方法靶向EPCs，可显著抑制肿瘤生长，增强CD8⁺ T细胞反应，并提高抗PD-L1治疗的效果，这些实验数据证实了EPCs通过限制CD8⁺ T细胞介导的抗肿瘤免疫来控制肿瘤进展。

7. 实验结果与临床相关性探索

为了研究HNSCC患者是否存在高EPC浸润并影响疾病进展，通过分析HNSCC患者的外周血单核细胞和肿瘤浸润淋巴细胞，检测CD45⁺ EPCs的丰度。从GSEA数据库中筛选出与红细胞相关的基因，作为EPCs的特征基因，对TCGA数据库中HNSCC患者（500+患者队列）的转录组数据进行分析，计算每个患者的“EPC评分”，根据ssGSEA评分将患者分为三组（C1、C2、C3），分析不同组别之间的基因表达差异和免疫细胞浸润情况。结果表明，CD45⁺ EPCs在HNSCC患者中与免疫抑制状态和不良预后相关，这为HNSCC的治疗提供了新的潜在靶点。通过靶向EPCs，可能有助于改善患者的免疫功能和预后。

讨论与总结

在本研究中，多组学技术的应用为深入理解红系祖细胞（EPCs）在脾脏-肿瘤相互作用中的作用机制提供了全面的数据支持，揭示了EPCs在脾脏与肿瘤相互作用中的重要作用，以及其对全身和局部抗肿瘤免疫反应的负面影响。通过靶向EPCs，可恢复抗肿瘤免疫反应，提高免疫检查点阻断治疗的效果，为开发更有效的癌症免疫治疗方法提供了新的思路和靶点。未来的研究可以进一步探索EPCs在其他类型癌症中的作用，以及开发针对EPCs的特异性治疗策略，以改善癌症患者的预后。

文章信息：Wu ZZ, Deng WW, Zhu SW, et al. Erythroid progenitor cell-mediated spleen-tumor interaction deteriorates cancer immunity. Proc Natl Acad Sci U S A. 2025;122(9):e2417473122. doi:10.1073/pnas.2417473122