肿瘤相关巨噬细胞通过CXCL5-CXCR2轴重塑膀胱癌免疫抑制微环境驱动免疫逃逸的多组学研究

《Cancer Immunology, Immunotherapy》：Multi-omics study on tumor-associated macrophages remodeling the tumor microenvironment via the CXCL5-CXCR2 axis to drive immune escape in bladder cancer

本研究通过多组学技术揭示了肿瘤相关巨噬细胞（TAMs）在膀胱癌微环境中的关键作用。研究发现，CXCL5+TAMs通过激活CXCL5-CXCR2-NF-κB轴，上调肿瘤细胞和巨噬细胞表面的PD-L1表达，促进免疫抑制微环境形成、肿瘤细胞迁移增殖及肺转移，同时增强IDO1表达。该轴心介导了膀胱癌细胞与巨噬细胞的双向交互，既驱动肿瘤恶性进展，又提升免疫治疗疗效，为膀胱癌的免疫治疗耐药机制提供了新靶点。

　　

背景

膀胱癌是全球常见的泌尿系统恶性肿瘤，肌肉浸润型膀胱癌复发率高、预后差。PD-1/PD-L1抑制剂虽能改善晚期患者预后，但临床缓解率仍低于25%。肿瘤微环境（TME）中的肿瘤相关巨噬细胞（TAMs）和趋化因子在肿瘤进展、免疫治疗疗效及患者预后中起关键作用，但其具体机制尚不明确。本研究从肿瘤微环境视角出发，创新性地探索膀胱癌细胞与TAMs的相互作用机制及影响免疫治疗疗效的因素。

方法

研究整合了单细胞测序、批量测序及体内外实验。通过公共数据库（如TCGA、GEO、IMvigor210）及自测单细胞数据（包括11例膀胱癌样本和4例接受替雷利珠单抗治疗样本），分析了TAMs的浸润特征及其对预后和免疫治疗的影响。体外建立了膀胱癌细胞与THP-1源性M0巨噬细胞的共培养模型，并进行了靶向代谢组学测序。利用异种移植瘤模型和尾静脉肺转移模型，探究了CXCL5-CXCR2轴在膀胱癌TME中的功能。生信分析方面，采用CIBERSORT评估免疫细胞浸润，GSVA进行基因集富集分析，scRNA-seq数据通过Seurat、Harmony等工具进行细胞亚群鉴定和轨迹分析。

结果

1. 1.
   TAMs在膀胱癌中的浸润特征与临床意义
   批量测序分析显示，膀胱癌TME中大量浸润M0和M2型巨噬细胞，且M2巨噬细胞与膀胱癌临床分期及免疫治疗耐药呈正相关。单细胞测序在膀胱癌TME中鉴定出三个TAM亚型：SPP1⁺TREM2⁺TAMs（血管生成功能强）、FOLR2⁺SELENOP⁺TAMs（吞噬功能最强，与不良总生存期及免疫治疗耐药相关），以及IL1B⁺NFKB1⁺TAMs。其中，FOLR2⁺TAMs的评分随肿瘤病理分级和临床分期升高而增加，且与患者较差的总生存期和癌症特异性生存期相关。空间转录组和免疫荧光证实FOLR2⁺TAMs主要分布于癌旁组织。
2. 2.
   TAMs在免疫治疗反应中的角色
   在免疫治疗队列（IMvigor210、中山二院队列）及小鼠模型中，应答患者或小鼠的肿瘤组织中M1巨噬细胞比例升高，M2巨噬细胞比例降低。对接受免疫治疗的膀胱癌患者进行单细胞测序，鉴定出五个TAM亚型，其中CXCL5⁺TAMs（高表达CXCL5和INHBA）主要浸润于免疫治疗应答良好的患者，而FOLR2⁺TAMs则富集于无应答患者。CXCL5⁺TAMs高表达PD-L1，且其浸润水平与膀胱癌分期分级正相关。
3. 3.
   巨噬细胞促进膀胱癌进展与免疫逃逸
   体内实验表明，巨噬细胞与肿瘤细胞共接种可促进皮下瘤生长，而使用氯膦酸盐脂质体清除巨噬细胞则抑制肿瘤生长。共培养模型显示，巨噬细胞能使膀胱癌细胞对顺铂产生耐药，并削弱活化Jurkat T细胞对肿瘤细胞的杀伤作用，促进免疫逃逸。
4. 4.
   CXCL5-CXCR2轴介导细胞交互并重塑免疫抑制微环境
   共培养体系中，膀胱癌细胞和巨噬细胞的CXCL5表达均显著上调。该轴心激活NF-κB通路，导致肿瘤细胞和巨噬细胞上PD-L1表达增加，巨噬细胞中IDO1表达也上调。靶向代谢组学显示共培养巨噬细胞中色氨酸代谢产物犬尿氨酸水平升高。ELISA检测发现，共培养体系的条件培养基可抑制Jurkat T细胞分泌IL-2、IFN-γ、IL-4等促炎细胞因子，表明其抑制T细胞功能。
5. 5.
   CXCL5⁺TAMs高表达PD-L1及其与免疫治疗的关系
   转录组分析显示，与肿瘤细胞共培养的巨噬细胞其基因特征与CXCL5⁺TAMs高度相似。CXCL5⁺TAMs高表达PD-L1且NF-κB通路活跃。虚拟敲低CXCL5后，巨噬细胞中PD-L1/PD-1通路相关基因发生显著改变。在免疫治疗队列中，CXCL5⁺TAMs的GSVA评分在应答患者中更高。
6. 6.
   CXCL5在膀胱癌细胞中的功能及其对免疫治疗的影响
   泛癌分析显示CXCL5在多种癌症中高表达。在膀胱癌中，CXCL5表达与PD-L1水平正相关，且随肿瘤分级分期升高而增加。敲低CXCL5可下调膀胱癌细胞中PD-L1的转录和蛋白水平，并抑制NF-κB通路活化。CXCR2抑制剂SB225002可逆转CXCL5对PD-L1的上调作用。功能实验表明，敲低CXCL5并不影响膀胱癌细胞增殖，但能抑制其迁移和肺转移能力。在C57小鼠皮下瘤模型中，敲低CXCL5可抑制肿瘤生长、激活T细胞、减少巨噬细胞招募，并且与PD-1单抗联用可增强免疫治疗效果。

讨论

膀胱癌TME高度复杂，TAMs是其中的关键调控者。传统M1/M2分类不能完全概括其异质性。本研究通过单细胞测序鉴定出多个功能各异的TAM亚群。FOLR2⁺TAMs与不良预后相关，而CXCL5⁺TAMs则与较好的免疫治疗应答相关。研究首次系统阐明CXCL5-CXCR2-NF-κB轴在膀胱癌TME中的核心作用：该轴心介导肿瘤细胞与TAMs的双向通讯，促进PD-L1和IDO1表达，重塑免疫抑制微环境，驱动肿瘤进展和免疫逃逸。同时，CXCL5信号也增强了免疫治疗的敏感性。这为理解膀胱癌免疫治疗耐药机制提供了新视角，并将CXCL5-CXCR2轴确立为潜在的治疗靶点和疗效预测标志物。

结论

CXCL5-CXCR2轴介导膀胱癌细胞与巨噬细胞之间的交互对话：巨噬细胞促进肿瘤生长、免疫逃逸和顺铂耐受；肿瘤细胞诱导巨噬细胞极化并重塑免疫抑制微环境。该轴心驱动膀胱癌恶性进展，并可能增强免疫治疗疗效。靶向该轴心或可为克服膀胱癌免疫治疗耐药提供新策略。