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摘要
客观的胰腺导管腺癌(PDAC)是一种高度转移性疾病,细胞毒性化疗是晚期患者的标准护理治疗方法。在这里,我们研究了PDAC肝转移瘤中的微环境如何对化疗做出反应,以及它在治疗后转移疾病进展中的作用,这是一个尚不清楚的领域。
设计在实验性PDAC肝转移瘤小鼠模型中,通过流式细胞术和大细胞术结合转录和组织病理学分析,对化疗对转移性疾病进展和免疫细胞浸润的影响进行了表征。研究结果在患者源性肝转移和原位PDAC小鼠模型中得到验证。人类和小鼠原代细胞共培养和体外患者来源的肝外植体被用于获得化学疗法是否以及如何影响转移性肿瘤微环境的机制见解。
结果我们的研究表明,在体内,化疗诱导促炎巨噬细胞最初浸润到肝脏,并激活细胞毒性T细胞,只导致转移性疾病进展的暂时抑制。然而,在停止治疗后,中性粒细胞通过CXCL1和cxcl2的分泌被转移性肿瘤细胞募集到转移性肝脏。这些中性粒细胞表达生长阻滞特异性6 (Gas6),导致肿瘤细胞上的AXL受体激活,使其再生。联合化疗破坏中性粒细胞浸润或抑制Gas6/AXL信号轴可抑制转移性生长。化疗增加转移性胰腺癌患者循环中性粒细胞中Gas6的表达,重组Gas6足以在患者转移性肝移植体中促进肿瘤细胞的体外增殖。
结论化疗联合Gas6/AXL或中性粒细胞靶向治疗可为转移性胰腺癌患者提供治疗效益。
- 肝转移
- 胰腺癌
- 巨噬细胞
- 免疫反应
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本研究的意义
关于这个问题,我们已经知道了什么?
胰腺癌是一种毁灭性的转移性疾病,迫切需要更好的治疗方法。
胰腺癌经常转移到肝脏,那里的转移微环境促进了转移瘤的播撒和生长。
细胞毒性化疗是所有胰腺癌患者的标准治疗,包括那些局部晚期或转移性疾病,并作为手术切除原发肿瘤患者的辅助治疗。
目前尚不清楚转移性微环境对化疗的反应及其在治疗后转移性疾病进展中的作用。
新的发现是什么?
停止化疗诱导中性粒细胞聚集到肝脏,导致转移性生长增加。
中性粒细胞被扩散的胰腺癌细胞通过CXCL1和cxcl2的表达招募到肝脏。
化疗后募集到肝脏的中性粒细胞表达生长阻滞特异性6 (Gas6),导致肿瘤细胞上的AXL受体激活。
gas6介导的肿瘤细胞上AXL受体的激活促进化疗后肿瘤细胞在体内外再生。
联合化疗破坏中性粒细胞浸润或抑制Gas6/AXL信号轴可抑制转移性生长。
本研究的意义
在可预见的未来,它会对临床实践产生怎样的影响?
化疗联合Gas6/AXL或中性粒细胞靶向治疗可能为转移性胰腺癌患者的治疗和肿瘤切除患者的辅助治疗提供了新的机会。
背景
转移是癌症相关死亡的主要原因。胰导管腺癌(PDAC)常转移至肝脏1 2肝转移伴随着炎症-纤维化转移微环境的形成,这种微环境支持癌细胞的定植和扩散。3 - 6髓系免疫细胞,包括单核细胞、巨噬细胞和中性粒细胞,在转移龛中大量存在,并已被证明能促进转移过程。7号到9号巨噬细胞是高度可塑性的细胞,根据它们的激活状态,可以获得肿瘤支持或肿瘤抑制功能。10 11在肝转移过程中,巨噬细胞是前转移细胞,显示免疫抑制表型,12日13和促进纤维化。3.新的证据表明,中性粒细胞在转移的早期阶段起着关键作用。14中性粒细胞可以通过释放中性粒细胞细胞外陷阱(NETs)促进远处部位的定植,15日16诱导血管生成,9日17分泌的白细胞三烯18通过免疫抑制活性。19日20然而,胰腺转移灶中的髓系免疫细胞功能是否因治疗干预而改变尚不清楚。
系统性扩散是胰腺癌进展的早期事件1当PDAC患者被确诊时,大多数(约80%)表现为不可切除的转移性癌症。2总共15%-20%的PDAC患者符合手术切除原发肿瘤的条件。然而,临床上无法检测到的微转移病变往往在原发肿瘤切除时就已经存在,超过70%的患者在手术后24个月内复发并发生远处转移。21手术切除后复发的时间与总生存率密切相关,早期肝转移性复发与较差的预后相关。22诊断为肝转移后,全身化疗的中位生存期仅为9个月。23
细胞毒性化疗是所有胰腺癌患者的标准治疗,包括那些局部晚期或转移性疾病,并作为手术切除原发肿瘤患者的辅助治疗。24吉西他滨、吉西他滨/卡培他滨、nab-紫杉醇和FOLFIRINOX是最常见的化疗治疗方案。25尽管化疗对原发肿瘤部位的影响是很明显的,21我们对化疗如何形成肝转移微环境以及这如何影响转移性疾病进展的理解仍然未知。对这一过程的更好理解将有助于提高目前全身化疗的疗效。
结果
吉西他滨治疗抑制转移进展,但当治疗停止时疾病复发
为了在体内模拟转移性胰腺癌的化疗治疗,我们通过KPC衍生细胞脾内植入诱导小鼠PDAC肝转移,并在转移病灶建立后(移植后第12天)开始吉西他滨治疗。3.(图1一个).而KPC癌细胞在体外对吉西他滨敏感(在线补充图S1A),吉西他滨治疗并没有改善胰腺癌肝转移动物的总体生存期(图1一个).活体生物发光成像分析显示,在治疗计划结束时,吉西他滨治疗动物的转移性肿瘤负担显著减少(d22) (图1 b),但在人道终点(在第32天和第48天之间)未检测到肿瘤负担的差异(图1 c).肝组织切片的H&E染色进一步证实,在治疗计划结束时(第22天)转移瘤病变明显减少,而在人道终点不再检测到这种减少(在线补充图S1B-E).死后分析证实肝脏有广泛的肿瘤,而脾脏的肿瘤形成仍然很少(在线补充图S1F, G).我们接下来评估了对照组(生理盐水治疗)和吉西他滨治疗动物肝脏中肿瘤细胞的死亡情况。我们发现,通过cleaved caspase 3 (CC3)染色评估,在治疗计划结束(第22天)时,吉西他滨治疗的动物与对照组荷瘤小鼠相比,凋亡癌细胞的百分比显著增加(图1 d, E).然而,根据人道终点,在停用吉西他滨治疗后,最初观察到的癌细胞死亡增加消失了(在线补充图S1H, I).辅助化疗是原发性胰腺肿瘤手术切除患者的既定护理标准。24这些患者复发转移性疾病的时间短且频率高(切除后的中位数为9个月)23)强烈提示在手术时隐匿性微转移已经确定。26为了测试化疗对微转移病灶的效果等同于辅助治疗设置,我们接下来在肿瘤植入后的第3天,在最初的播种期之后和存在微转移病灶的地方,给予单剂量吉西他滨(图1 f).3 13与我们观察到的较大转移性病变相似,吉西他滨也能减少微转移性肿瘤负担(图1 g, H)和第4天肝脏的肿瘤病变区域(图1 i, J),但这种效果在第14天就消失了(图1 g-j).吉西他滨给药24小时后,与对照组相比,吉西他滨治疗动物微转移病灶中凋亡癌细胞(TUNEL+)的百分比显著增加(图1 k, L).然而,在第14天,吉西他滨治疗组肿瘤中TUNEL +癌细胞的比率下降到与未治疗组相似的水平(在线补充图S1J, K).巨噬细胞和树突状细胞(DCs)是来自免疫系统固有分支的吞噬细胞,在清除死亡细胞中起着关键作用,对诱导癌症中的抗肿瘤免疫反应至关重要。27为了确定巨噬细胞和树突状细胞对细胞肿瘤碎片的吞噬作用,我们用流式细胞术测量了巨噬细胞内zsGreen标记的癌细胞(CD11b)的荧光信号+F4/80+CD11c负的), CD11b+DCs (CD11c+CD11b+CD103负的F4/80负的)和CD103+DCs (CD11c+CD103+CD11b负的F4/80负的).与对照组相比,所有三个细胞群在吉西他滨给药后均表现出显著的zsGreen信号摄取(图1米;在线补充图S1L),表明转移病灶的固有免疫细胞在化疗的反应中被激活。综上所述,这些发现表明吉西他滨诱导PDAC转移病灶的癌细胞死亡,但在停药后肿瘤生长复发,总生存期不变。
吉西他滨治疗诱导转移性肝病变的促炎免疫反应的短期激活
因为化疗可以促进癌症免疫反应的激活27接下来,我们更详细地研究了在吉西他滨治疗初始反应期间(第4天)和停药后(第14天)转移病灶中免疫细胞激活对基因表达水平的影响,使用小鼠胰腺癌免疫分析板(NanoString Technologies)。生成的途径评分的分层聚类显示,吉西他滨在初始反应期间诱导了明显的转录变化,这在吉西他滨组与对照组的单独聚类中得到了强调(图2一个(左)。然而,在停药后,对照组和吉西他滨治疗的转移病灶之间的明显特征消失了,这表明两组之间失去了分离(图2一个,对吧)。在最高的上调通路中,我们确定了先天免疫激活和T细胞功能,这是抗肿瘤免疫反应的特征(图2 b).然而,在停用吉西他滨后,这些免疫刺激通路明显下调,这表明吉西他滨仅在荷瘤小鼠中触发了抗肿瘤免疫反应的暂时性激活(图2 c).我们接下来用细胞质量和流式细胞术分析分离的转移病灶,以评估免疫细胞浸润及其激活状态。我们发现在最初的反应中,巨噬细胞数量(CD45+CD11b+Ly6G负的F4/80+)显著增加,炎症单核细胞数量(CD45+CD11b+Ly6C高Ly6G负的F4/80负的)减少(图2 d;在线补充图S2A, B).此外,CD4+治疗后T细胞数量显著增加(在线补充图S3A, C).然而,在化疗停止后,中性粒细胞(CD45+CD11b+F4/80负的Ly6G+)和巡逻单核细胞(pMo;CD45+CD11b+Ly6C低F4/80低/否定MHCII负的)与对照组相比,吉西他滨治疗肿瘤中增加最多,而T细胞数量显著减少(图2 e).T细胞总数的减少最有可能是由于CD8的减少+T细胞,因为CD4较少+FoxP3+T调节细胞(T海军学校规则)相当增加的(在线补充图S3A-D).与抗肿瘤免疫反应一致,我们发现CD8的激活显著增加+和CD4+T细胞(图2 f;在线补充图S3E, F)、DCs (图2 g)、巨噬细胞(图2 h)及NK细胞(图2我)在吉西他滨初始反应期间(在线补充图S2A, B).同样,这种效果在停药后消失了。
对转移性肝组织的进一步分析证实,吉西他滨治疗可诱导巨噬细胞的整体积累(F4/80+),特别是具有促炎表型(iNOS)的巨噬细胞+) (图2 j)而具有免疫抑制表型的巨噬细胞(CD206+和YM1+)减少(在线补充图S3G-J).然而,停药后未观察到巨噬细胞浸润或激活的显著变化(图2 k;在线补充图S3K, L).综合这些数据表明,吉西他滨诱导转移部位的抗肿瘤免疫反应的激活,其特征是激活CD8的促炎巨噬细胞的增加+T细胞和NK细胞。然而,在停止治疗后,最初的免疫细胞激活丧失,转移性病变恢复到免疫抑制微环境,这通常在已确定的转移性PDAC肿瘤中发现。12日13
吉西他滨治疗后巨噬细胞减少增加CD8+ T细胞浸润,但中性粒细胞减少对CD8+ T细胞数量无影响
因为中性粒细胞和巨噬细胞都能有效抑制CD8+T细胞反应,11日14我们接下来的问题是,这两种骨髓细胞类型的耗竭是否足以阻止转移性复发并维持最初观察到的CD8+T细胞反应(图2B及F).为了解决这个问题,我们使用靶向中性粒细胞(αLy6G)或巨噬细胞(αCSF-1)的单克隆抗体在吉西他滨治疗存在或不存在的情况下进行了两项独立的耗损研究。KPC细胞脾内植入诱导肝转移。3天后,小鼠微转移病灶用吉西他滨或生理盐水治疗(对照组),1天后(第4天)我们开始消耗中性粒细胞(图3 a - c)或巨噬细胞(图3 d-f)使用αLy6G和αCSF-1抗体,或其对应的同型对照(IgG)。与吉西他滨/IgG治疗相比,吉西他滨治疗后中性粒细胞耗损显著降低转移性肿瘤负担(图3 b, C,在线补充图S4A、B),但在缺乏吉西他滨的情况下中性粒细胞的耗竭对转移性肿瘤负担没有任何影响(在线补充图S4C).相比之下,在盐水(对照)和吉西他滨治疗的小鼠中,αCSF-1消耗的巨噬细胞显著减少了转移性肿瘤负担(图3 e, F;在线补充图S4D, E).流式细胞术分析吉西他滨治疗动物的分散转移病灶,发现巨噬细胞的减少增加了CD8+T细胞浸润,而中性粒细胞耗竭不影响CD8+T细胞浸润(图3 g).与这些结果一致的是,我们没有检测到CD8中颗粒酶B的表达增加+吉西他滨治疗动物中性粒细胞减少的T细胞(图3 h),但我们发现表达CD8的Granzyme B显著增加+吉西他滨治疗小鼠转移病灶中巨噬细胞减少的T细胞(图3 j, K).我们还证实,应用巨噬细胞消耗和中性粒细胞消耗策略确实减少了转移部位的相应数量(在线补充图S4F-H).值得注意的是,与单独吉西他滨治疗相比,吉西他滨治疗后中性粒细胞耗损或巨噬细胞耗损也增加了小鼠的总生存率(图3 l, M).综上所述,这些数据表明吉西他滨在初始反应期间伴随巨噬细胞浸润,而在治疗停药后,中性粒细胞被招募到转移部位。停用吉西他滨后巨噬细胞或中性粒细胞的减少增强了吉西他滨的治疗效果。值得注意的是,当巨噬细胞消耗恢复CD8+T细胞浸润和活化,中性粒细胞耗竭不影响CD8+T细胞,表明中性粒细胞促进CD8的转移性复发+T细胞独立方式。
停化疗触发表达gas6的中性粒细胞向肝转移瘤募集
接下来,我们进一步探讨了中性粒细胞促进化疗停药后转移性复发的机制。吉西他滨治疗后中性粒细胞的减少减少了CD8存在和不存在的转移+T细胞(图4一;在线补充图S4I, J),说明中性粒细胞可以直接影响癌细胞的再生。因此,我们接下来评估了吉西他滨停药后肿瘤切片中的癌细胞增殖情况(第14天)。停用吉西他滨后,转移性沉积增殖明显增加(Ki67+)癌细胞与生理盐水治疗对照组的转移性沉积(图4 b, C).重要的是,中性粒细胞的减少只减少了与吉西他滨停用相关的癌细胞增殖,而对盐水(对照组)治疗小鼠的癌细胞增殖没有影响,提示治疗诱导中性粒细胞的生长促进功能(图4 b, C).因此,为了验证这一假设,我们从经盐水(对照)或吉西他滨处理的小鼠转移肝中分离出转移浸润中性粒细胞,并将其与吉西他滨预处理的胰腺癌细胞在体外锚定独立生长条件下共培养。吉西他滨治疗的胰腺癌细胞无法形成菌落(图4 d;在线补充图S4K).值得注意的是,从吉西他滨处理过的转移性肝脏中分离的中性粒细胞与吉西他滨处理过的癌细胞共培养能够使癌细胞生长并形成菌落,而从对照组(盐水处理)转移性病变中分离的中性粒细胞不能促进癌细胞增殖(图4 d).相比之下,虽然转移来源的巨噬细胞也能够显著增加癌细胞集落的形成,但巨噬细胞的生长促进功能是gas6独立的,不受吉西他滨的影响,与吉西他滨治疗小鼠的中性粒细胞相比,其作用明显较弱(图4 d;在线补充图S4L).与这些发现一致的是,在体内,Ki67+在巨噬细胞减少的小鼠中,癌细胞数量减少与治疗无关(在线补充图S4M, N).综上所述,这些数据表明吉西他滨治疗使中性粒细胞获得促进癌细胞增殖的原丝分裂能力。
我们下一步的目标是了解中性粒细胞是如何促进癌细胞增殖的。为了达到这一目标,我们对从盐水处理的转移性肝脏(Ly6GCtr)和吉西他滨治疗转移性肝脏(Ly6G宝石) (在线补充图S4O).首先过滤不同表达基因的氧化石墨烯术语细胞外和受体配体活性。在得到的n=141个基因中,我们发现生长抑制特异性蛋白6 (Gas6)是吉西他滨治疗的转移病灶与对照转移病灶相比产生的中性粒细胞中上调最多的基因之一(在线补充表S1、S2).Gas6及其主要受体AXL在胰腺癌中过表达,其表达与不良预后相关。28 29癌细胞中的Gas6/AXL信号通路与肿瘤细胞增殖、上皮间质转变和转移有关。30 31后续的分析Gas6流式细胞术分类的中性粒细胞、非免疫间质细胞、巨噬细胞和癌细胞的表达证实,在转移性肿瘤微环境中,中性粒细胞明显上调Gas6表达对吉西他滨治疗的应答和中性粒细胞是主要来源Gas6停用吉西他滨后(图4 e;在线补充图S5A).
与这些发现一致的是,我们发现在吉西他滨停药后的一系列组织切片中,肿瘤细胞附近富含中性粒细胞的区域Gas6表达水平显著上调。图4 f-h;在线补充图S5B、D)和自发性肝转移病灶(图4 i (k;在线补充图S5C、D).相反,停止化疗并没有增加中性粒细胞减少小鼠转移性肝脏中的Gas6水平(在线补充图S5E、F).此外,我们仅在荷瘤肝脏中发现表达Gas6的中性粒细胞增加,而在无肿瘤的肺组织中没有发现,这表明表达Gas6的中性粒细胞优先聚集在转移瘤部位(在线补充图S5G、H).
当我们用nab-紫杉醇或FOLFIRINOX (PDAC中常用的化疗方案)治疗转移性荷瘤小鼠时,我们观察到同样的变化25(在线补充图S5I).在所有化疗治疗后,转移性肿瘤负担暂时减轻,但随后转移性复发(在线补充图S5J),并伴有表达gas6的中性粒细胞涌入转移病灶(在线补充图S5K-N).这些结果提示,化疗后复发转移病灶中表达gas6的中性粒细胞积累增加是对不同化疗方案的反应,因此不是药物特异性的。我们接下来评估了转移性胰腺癌患者和小鼠转移模型中循环中性粒细胞中Gas6的表达。我们收集患者在吉西他滨第一个治疗周期(基线)之前和(第4周)之后的血液样本(图4 l).我们发现在第一剂治疗后4周,循环中性粒细胞中Gas6表达增加(图4米;在线补充图S6A).同样,在临床前小鼠模型中,吉西他滨停药后循环小鼠中性粒细胞中Gas6表达增加(在线补充图S6B).由于凋亡中性粒细胞释放NETs已被证明能促进乳腺癌模型中的肺转移生长,16我们还分析了肝转移瘤中凋亡(TUNEL+)中性粒细胞的存在。然而,我们只能在肝转移瘤中检测到少量凋亡的中性粒细胞,且其数量不受吉西他滨治疗的影响(在线补充图S6C, D).为了评估Gas6在促进转移性癌细胞再生中的生物学重要性,我们下一步从吉西他滨治疗的荷瘤小鼠(Ly6G)中分离转移浸润中性粒细胞宝石),并在存在或不存在Gas6中和抗体的情况下,将这些中性粒细胞与吉西他滨治疗的癌细胞共培养。我们发现中性粒细胞分泌Gas6可促进癌细胞再生,事实上,加入中和性Gas6抗体可消除中性粒细胞的原丝分裂作用(图5一个).接下来,我们测试Gas6是否足以促进吉西他滨治疗的癌细胞再生。我们用吉西他滨预处理人类Panc1细胞和小鼠来源的KPC细胞,并测量了在重组Gas6存在或不存在的情况下癌细胞的再生。重组Gas6的加入足以促进经吉西他滨治疗的人的再生(图5 b, C)及小鼠胰腺癌细胞(图5 d).为了进一步测试Gas6在吉西他滨治疗后转移性肝脏中癌细胞再生中的作用,我们从naïve转移性PDAC患者的新鲜肝脏活检中生成精确切肝片(pcl)。接下来,在体外用吉西他滨处理PCLS 24小时,清洗,并在重组Gas6存在或不存在(图5 e).PCLS被嵌入,我们评估转移性癌细胞(Muc1+)和增殖细胞(Ki67+).与我们之前的菌落形成实验一致,我们发现增殖转移性癌细胞(MUC1)增加+Ki67+)与吉西他滨处理的缺乏重组Gas6的PCLS培养物相比(图5 f, G;在线补充图S6E, F).这些实验表明,Gas6足以促进吉西他滨治疗的胰腺癌细胞的再生,不仅在体外PDAC细胞系中,而且在患者转移性肝样本的体外。综上所述,这些结果表明(1)化疗后中性粒细胞浸润转移灶导致体内转移性复发,(2)化疗后中性粒细胞中Gas6表达高度上调,(3)Gas6促进吉西他滨治疗后胰腺癌细胞再生。
阻断Gas6/Axl信号轴抑制吉西他滨治疗后转移性复发
Gas6是TAM受体家族(Tyro3, AXL, Mer)的配体,Gas6与TAM受体的结合导致其磷酸化和激活。32TAM受体AXL在胰腺癌细胞中高度表达,其激活与不良预后相关。28我们假设表达中性粒细胞的Gas6激活弥散性胰腺癌细胞上的AXL,从而使癌细胞再生。为了验证这一点,我们评估了吉西他滨或生理盐水治疗的小鼠转移病灶中的AXL磷酸化,以及中性粒细胞存在或不存在的情况。与我们的假设一致的是,我们发现在吉西他滨治疗的小鼠转移病灶中,与对照组(生理盐水治疗)转移瘤病灶相比,弥散癌细胞中AXL磷酸化(pAXL)水平显著增加。图6).重要的是,中性粒细胞(αLy6G)的减少消除了扩散癌细胞上AXL的激活(图6 a, B).这些数据证实,弥散性癌细胞上AXL受体的激活需要中性粒细胞的存在。我们接下来测试了使用华法林对Gas6/AXL信号通路的药理阻断在联合化疗时是否提供了治疗效益。Gas6在结构上属于血浆维生素k依赖性蛋白家族,其生物学功能依赖于ϒ-carboxylation,这一过程可以用华法林阻断33 34(图6 c).KPC细胞脾内植入诱导肝转移。3天后,小鼠微转移病灶用吉西他滨或生理盐水治疗(对照组),4天后,我们开始用华法林治疗(图6 d),以避免干扰先前观察到的初步抗肿瘤免疫反应(图2).吉西他滨或华法林作为单一治疗不影响肝转移瘤负担。然而,吉西他滨治疗后,随后的华法林给药显著减少转移病灶的再生(图6 e, F).正如预期的那样,华法林治疗消除了之前观察到的吉西他滨治疗队列中癌细胞中AXL活化(pAXL)的增加(图6 g H)和癌细胞增殖(Ki67+)费率降低(在线补充图S7A, B),而中性粒细胞数目维持不变(在线补充图S7C, D).我们和其他人此前发现Gas6/AXL信号通路也抑制NK细胞激活,华法林治疗增加了NK细胞激活,减少了胰腺癌的肺转移。35 36因此,我们使用NK激活标志物NKp46评估肝转移病灶中NK细胞的浸润情况。我们发现,肝转移病灶中的NK细胞数量非常低,且华法林对其没有影响(在线补充图S7E、F).
我们接下来评估华法林是否能够抑制胰腺癌化疗后自发转移模型中扩散癌细胞的转移生长。为了验证这一点,将KPC衍生细胞原位植入胰腺。第8天,在原发性肿瘤形成后,动物分别给予吉西他滨治疗,随后给予华法林(图6我).吉西他滨和华法林单独或作为联合治疗不影响原发肿瘤负担(在线补充图S7G, H).与实验转移模型相似,与对照组治疗小鼠相比,吉西他滨和华法林作为单药治疗不会影响转移瘤负担。然而,吉西他滨治疗后华法林的存在显著降低了转移性肿瘤的负担(图6 j)、AXL激活(pAXL)和增殖(Ki67+)扩散癌细胞(在线补充图S7I-L),但免疫细胞浸润在华法林作用下保持不变(在线补充图S7M-Q).为了进一步证实Gas6通过AXL激活而不是通过它的其他TAM受体(Tyro3, Mer)介导转移性复发,我们接下来测试了AXL抑制剂R428对治疗后转移性复发的影响(图6 k).与我们之前的研究结果一致,在吉西他滨停药后对AXL的药理抑制显著减少了转移性复发(图6 l;在线补充图S8A、B)、AXL (pAXL)激活和增殖(Ki67+)的转移性癌细胞(图6 mp),而免疫细胞浸润则未受影响(在线补充图S8C-G).与我们的发现相一致的是,转移相关的中性粒细胞是Gas6表达的主要来源,并且对化疗停药后AXL的激活至关重要,中性粒细胞减少小鼠的AXL抑制与单独中性粒细胞减少相比没有显示出任何额外的治疗效益(图6问).此外,在吉西他滨治疗后,华法林对Gas6/AXL信号通路的药理抑制显著增加了肝转移小鼠的总生存率(图6 r).
因此,我们的研究结果提供了证据,表明靶向AXL受体足以减少吉西他滨治疗后的转移性复发。
化疗上调表达处于受控而且2在胰腺癌细胞中,它促进中性粒细胞聚集到肿瘤部位
化疗在患者中经常出现不良副作用,包括由药物毒性引起的免疫细胞数量的短暂减少。37因此,我们进一步分析了肝转移患者和化疗后小鼠外周血中中性粒细胞的数量。正如预期的那样,单剂量化疗药物足以引起患者和小鼠血液中中性粒细胞数量的短暂减少,而在最后一剂治疗2周后,中性粒细胞数量反弹(在线补充表S3;在线补充图S9A、B).为了探索在化疗反弹后促进中性粒细胞在转移部位积累的机制,我们接下来测试了化疗药物治疗的胰腺癌细胞是否上调了已知的促进中性粒细胞迁移的趋化因子的表达,包括CXCL1、2、5和8(仅在人中表达)。38我们发现在人类和老鼠的胰腺癌细胞中,趋化因子处于受控而且Cxcl2在吉西他滨治疗后高度上调(图7).的upregulation处于2通过流式细胞术进一步证实肿瘤细胞对吉西他滨治疗的反应(图7 b).有趣的是,我们还发现在转移部位,巨噬细胞是一个重要的来源处于受控而且2但其表达水平在吉西他滨的反应中未受影响(图7 b).由于CXCL1、2、5和8与趋化因子受体CXCR2结合,而CXCR2与中性粒细胞招募到肿瘤有关,8我们首先确认Cxcr2确实在浸润性中性粒细胞转移中高度表达(图7 c),且吉西他滨治疗不会影响CXCR2的表达(图7 d;在线补充图S9C).接下来,我们测试了CXCR2的药理阻断是否足以消融中性粒细胞迁移。正如预期的那样,虽然吉西他宾治疗的人和小鼠胰腺癌细胞产生的肿瘤条件培养基在体外显著增加了中性粒细胞的迁移,但与对照条件培养基相比,CXCR2抑制剂SB225002的存在抑制了中性粒细胞的迁移(图7 e, F;在线补充图S9D, E).此外,重组CXCL2足以诱导人和小鼠中性粒细胞迁移(在线补充图S9F, G).在体内,CXCR2的药理抑制(图7 g显著抑制吉西他滨停药后转移性复发(图7 h;在线补充图S9H)并减少转移部位中性粒细胞的积累(图7我;在线补充图S9I).综上所述,这些结果表明中性粒细胞吸引细胞因子处于受控而且2在吉西他滨停药后的转移性肝脏中高度表达,这有利于cxcr2依赖性的中性粒细胞在肝转移部位的募集。
化疗诱导IV期结直肠癌肝转移灶中表达Gas6的中性粒细胞聚集
像胰腺癌一样,结直肠癌(CRC)经常转移到肝脏。39在胰腺癌中,肝活检只在化疗干预前进行诊断,25在结直肠癌中,化疗通常是IV期结直肠癌患者(肝转移患者)在转移肝手术切除之前的标准护理治疗。40这些患者护理上的差异为我们收集接受化疗的IV期结直肠癌患者的肝脏样本提供了机会,并分析结直肠癌患者的转移性肝肿瘤在化疗反应中是否表现出中性粒细胞浸润和Gas6表达的增加。我们分析了未治疗的IV期结直肠癌患者和接受卡培他滨或奥沙利铂治疗的IV期结直肠癌患者切除的转移性肝肿瘤。我们发现转移性肿瘤细胞(细胞角蛋白19+)在两个接受化疗的患者队列中,周围都有更多的中性粒细胞(MPO)+)与未治疗的患者队列(图8 a, B).对一系列组织切片的分析显示,在治疗的患者中富含中性粒细胞的区域Gas6 +表达水平增加(图8 c, D;在线补充图S9J).为了进一步证实中性粒细胞确实是化疗后人肝转移瘤中Gas6表达的主要来源,我们用酶法将化疗后CRC患者的新鲜肝脏样本分离成单细胞悬液,并通过流式细胞仪细胞分选(图8 e;在线补充图S9K).随后的基因表达分析证实中性粒细胞是表达最高水平的细胞GAS6停止化疗后发生肝转移的患者(图8 f).综上所述,这些发现表明化疗诱导的中性粒细胞积累和Gas6的上调也发生在结直肠癌患者的肝转移中,因此,靶向Gas6可能改善胰腺癌和结直肠癌患者的治疗干预。
讨论
我们的研究结果表明,标准的细胞毒性化疗可以暂时抑制转移性PDAC的进展,但也会诱导转移性肿瘤微环境的细胞变化,从而促进转移性复发。具体来说,我们发现化疗诱导肿瘤细胞中中性粒细胞趋化剂的表达,并以cxcr2依赖的方式将随后表达Gas6的中性粒细胞招募和浸润到肝脏。中性粒细胞来源的Gas6然后激活转移性癌细胞上的受体酪氨酸激酶AXL,并促进肝脏中的转移性生长(图8 g).在本研究中,我们还表明,药物抑制Gas6/AXL信号结合化疗可以消除转移性复发,从而为进一步评估PDAC患者的这种治疗策略提供了基础。
原发性胰脏肿瘤大多对化疗无效,手术切除仍然是唯一的治疗选择。25其原因包括PDAC肿瘤内的间质室过度、血管减少和间质液压力增加,所有这些都是有效药物输送的障碍。41接受过手术的患者也接受辅助化疗作为标准护理。25在PDAC的临床前小鼠模型中,吉西他滨辅助治疗,在胰腺肿瘤切除后,抑制了原发肿瘤部位的局部复发,但对远处转移部位无效。42然而,化疗对转移性肿瘤和辅助环境中的微转移的影响仍然知之甚少。我们的结果提供了证据,转移性PDAC病变对化疗有反应,特别是在早期转移发展时,基质间室不太建立。3.事实上,化疗增加了癌细胞的死亡和肿瘤抗原的释放,这是产生抗肿瘤免疫反应的关键步骤。43与此一致的是,我们在我们的PDAC转移小鼠模型中观察到,化疗诱导了转移肝龛中的细胞毒性T细胞激活的初始促炎反应。尽管这种促炎反应只是短暂的,但它可能为免疫检查点抑制剂与化疗联合使用提供了一个机会窗口,以进一步促进这种初始T细胞激活。与我们在小鼠模型的肝转移部位的辅助设置中观察到的类似,在PDAC患者的新辅助设置中,化疗已被证明可以恢复原发部位的抗肿瘤免疫反应,与免疫抑制髓样细胞(T)减少相关海军学校规则、CD163+巨噬细胞。44 45免疫抑制髓系Ly6G+抑制细胞CD8+T细胞在原发性PDAC肿瘤中的功能。8 46我们的研究结果表明,在肝转移瘤中,免疫抑制m2样巨噬细胞的存在是抑制最初化疗诱导的抗肿瘤免疫反应的关键。相反,中性粒细胞对于免疫抑制转移瘤微环境的维持是可有可无的。这可能是由于肝脏中巨噬细胞的数量远远高于中性粒细胞。3.我们和其他人之前已经证明了转移相关的巨噬细胞可以抑制CD8+T细胞在肝脏中起作用。12日13与这些发现一致的是,使用CSF-1/CSF-1R抑制剂也减少了吉西他滨治疗后的转移性复发,证实巨噬细胞在控制肝转移的局部免疫反应中发挥关键作用。由于巨噬细胞在肝脏中具有很高的可塑性和异质性,未来的治疗应侧重于靶向巨噬细胞免疫抑制功能或抑制巨噬细胞向免疫抑制表型的极化。中性粒细胞与不同的转移前功能有关,主要是在转移级联的早期步骤,甚至在转移前小龛形成时。8 9 18 47在这里,我们发现了中性粒细胞在最初定植步骤后促进癌细胞转移生长的一种新的前转移功能。从机制上讲,我们发现停止化疗诱导中性粒细胞浸润,中性粒细胞通过分泌AXL受体配体Gas6激活转移性癌细胞上的AXL受体,导致癌细胞在转移性肝脏生长。AXL在胰腺癌中过表达,与转移增加和预后不良有关。28Gas6/AXL信号通路调节多种癌细胞自主和非癌细胞自主过程。48 49研究发现AXL可诱导胰腺癌细胞上皮-间质转化,从而促进癌细胞在体内的迁移、侵袭和转移扩散。此外,胰腺癌细胞中AXL基因缺失增加了其对化疗的敏感性。31日33 50在我们的研究中,我们在肝脏的初始播种和定植步骤和吉西他滨治疗后开始抑制AXL。因此,我们的数据揭示了AXL信号在化疗后促进肿瘤细胞再生方面的额外新作用,从而扩大了AXL抑制剂在对抗胰腺癌中的潜在应用。我们和其他人之前已经证明了Gas6也在巨噬细胞和成纤维细胞中表达51抑制Gas6/AXL信号通路可增加NK细胞活化,减少肺转移。35 36有趣的是,我们发现在肝转移部位,Gas6的基础表达水平非常低,但在人和小鼠的肝间质中,由于化疗的反应,Gas6的表达显著增加,并且主要由浸润的中性粒细胞表达。此外,我们发现肝脏转移病灶NK细胞浸润较差,其数量和激活状态均未因华法林或AXL抑制而改变,提示多功能Gas6/AXL信号通路调节不同器官的不同过程和细胞群,从而以多种不同方式促进PDAC转移。
我们的研究举例说明了两种抑制转移性复发的治疗方案,即使用华法林或AXL抑制剂R428(苄森替尼)。这两种药物目前已在胰腺癌患者中进行试验(NCT03536208)和(NCT03649321),分别。因此,我们的研究结果进一步强化了靶向Gas6/AXL信号在转移性PDAC治疗中的基本原理,并结合化疗,通过预防微转移性疾病的进展,降低辅助治疗中复发的风险。需要进一步的研究来探索停化疗诱导中性粒细胞中Gas6表达的机制,并测试循环中性粒细胞中的Gas6水平是否也可以作为预测辅助治疗中转移性复发风险的生物标志物。
我们对IV期结直肠癌患者肝转移的进一步分析表明,化疗反应中所观察到的表达gas6的中性粒细胞的增加可能不仅仅局限于胰腺癌转移,也可能发生在其他转移到肝脏的癌症中。因此,靶向已识别的中性粒细胞/Gas6/AXL轴可能也与高流行率扩散到肝脏的癌症相关,如CRC、黑色素瘤、乳腺癌和肺癌。39总之,我们的研究结果是重要和及时的,因为它们可以帮助在不久的将来改进肝转移癌患者的治疗方案设计。
材料和方法
详细的资料和方法见在线补充部分.
数据可用性声明
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伦理语句
病人同意发表
伦理批准
使用血液和肝脏组织样本的人体研究获得了西北-大曼彻斯特国家研究伦理(NRES)服务委员会REC15/NW/0477的批准。
致谢
我们感谢利物浦共享研究设施和CRUK比特森研究所生物科学部门提供的设备和技术援助。我们感谢Vatshala Chandran提供的技术支持。我们还要感谢患者及其家属,以及为这些研究提供组织样本和血液的健康献血者。
参考文献
脚注
GB和CR贡献相当。
贡献者GB和CR设计并执行了大部分实验,分析和解释了数据,并对手稿的准备做出了贡献。VQ和YA有助于体内实验,MR和EB有助于体外研究。DHP进行生物信息分析。FC有助于肿瘤活检的分析和解释。DHP、RPJ、DV、PG、CMH和RS提供患者样本。JPM提供了KPC小鼠和KPC衍生的组织样本。AM提供概念性建议,解读数据并撰写稿件。MCS整体构思和监督项目,解读数据,撰写手稿。所有作者都对稿件进行了严格的分析和认可。
资金这些研究得到了英国癌症研究中心(A25607, A26978, A26979),医学研究委员会(MR/P018920/1)和MCS胰腺癌研究基金,威康信托基金(102521/Z/13/Z)和西北癌症研究基金(a.m.),英国癌症研究中心A17196, A2996和A25233的资助。
相互竞争的利益没有宣布。
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