GDF15+肿瘤相关巨噬细胞通过增强吞噬作用抑制口腔鳞状细胞癌进展：揭示GDF15“双刃剑”效应的细胞来源依赖性机制

《Advanced Science》：Context-Dependent Role of GDF15: GDF15+ Tumor-Associated Macrophages Suppress OSCC Progression by Enhancing Phagocytosis

这篇研究揭示了生长分化因子15（GDF15）在肿瘤微环境中的“双刃剑”效应，其功能高度依赖于其细胞来源。研究发现，表达GDF15的肿瘤相关巨噬细胞（GDF15+TAMs）是ICB（免疫检查点阻断）敏感的OSCC（口腔鳞状细胞癌）中富集的关键抗肿瘤群体。通过增强吞噬作用和抗原交叉呈递，并经NF-κB（核因子κB）信号通路介导，GDF15+TAMs可促进CD8+T细胞浸润并抑制肿瘤进展。与此相反，分泌型GDF15则发挥促肿瘤作用，这为GDF15中和抗体的临床应用提供了机制支持，并深化了对GDF15复杂生物学功能的理解。

　　

GDF15⁺TAMs是富集于ICB敏感的OSCC中的关键抗肿瘤群体

尽管GDF15中和抗体已在多种实体瘤中展现出克服免疫检查点阻断（ICB）耐药的能力，暗示了分泌型GDF15的促瘤作用，但GDF15的“双刃剑”效应之谜长期存在。为了探索GDF15在不同细胞亚群中的情境依赖性功能，研究者对接受ICB疗法前后的口腔鳞状细胞癌（OSCC）样本进行了单细胞RNA测序（scRNA-seq）。分析揭示，治疗后对ICB敏感的OSCC中，GDF15⁺巨噬细胞显著富集，并可能参与介导肿瘤消退。这一发现提示，GDF15⁺的肿瘤相关巨噬细胞（TAMs）是响应ICB治疗过程中的一个重要细胞亚群。

巨噬细胞中GDF15缺失可加速肿瘤生长

为了探究GDF15⁺TAMs在肿瘤进展中的功能角色，研究团队构建了髓系细胞特异性敲除GDF15的小鼠模型（Gdf15^fl/flLyz2^Cre，简称 Gdf15^cKO小鼠）。皮下种植MTCQ1和MOC1两种OSCC细胞系后，与对照小鼠（Gdf15^fl/fl）相比，Gdf15^cKO小鼠的肿瘤体积和重量均显著增加，表明巨噬细胞中GDF15的缺失加速了肿瘤生长。在黑色素瘤B16细胞模型中也观察到了类似的促肿瘤现象。流式细胞术分析显示，Gdf15^cKO小鼠肿瘤中的TAMs比例更高，但M1型激活标志物CD86的表达水平更低，表明其激活状态更弱。系统性清除巨噬细胞或局部补充正常巨噬细胞的实验进一步证实，Gdf15^KOTAMs是驱动肿瘤加速生长的关键因素。

GDF15缺陷的TAMs抑制CD8⁺T细胞的肿瘤浸润

机制探索的下一步是研究GDF15⁺TAMs如何影响肿瘤微环境中的其他免疫细胞。多重免疫组化（mIHC）和流式细胞术分析均显示，Gdf15^cKO小鼠的肿瘤中，CD8⁺T细胞的浸润比例显著降低，而CD4⁺T细胞、B细胞和NK细胞则未受显著影响。当通过抗体系统性地阻断CD8⁺T细胞后，Gdf15^cKO小鼠与对照小鼠之间的肿瘤生长差异消失了。这表明GDF15⁺TAMs是通过促进CD8⁺T细胞的浸润来发挥其抗肿瘤作用的。

巨噬细胞自身表达的GDF15可增强其吞噬和抗原交叉呈递能力

为了进一步阐明GDF15如何赋予巨噬细胞抗肿瘤能力，研究者从肿瘤中分离了TAMs进行RNA测序（RNA-seq）。基因本体（GO）和京都基因与基因组百科全书（KEGG）富集分析发现，Gdf15^KOTAMs中与“吞噬小体”、“MHC I类蛋白复合物”和“吞噬体”通路相关的基因显著下调。这提示GDF15缺陷的巨噬细胞其吞噬和抗原呈递能力可能受损。随后的功能实验验证了这一推测：与Gdf15^KO巨噬细胞相比，Gdf15^fl/fl巨噬细胞能吞噬更多的FITC标记的卵清蛋白（FITC-OVA）和MOC1-GFP肿瘤细胞。在体内实验中，Gdf15^fl/fl小鼠的TAMs对MOC1-GFP细胞的吞噬率也更高。

在抗原呈递方面，Gdf15^fl/fl巨噬细胞在体外能呈递更多的H-2Kb-SIINFEKL复合物（一种模型抗原），在体内亦然。更重要的是，用SIINFEKL肽预处理的Gdf15^fl/fl巨噬细胞，能更有效地刺激OT-1小鼠来源的初始CD8⁺T细胞增殖。在荷瘤小鼠体内，Gdf15^fl/fl小鼠肿瘤中能够识别SIINFEKL抗原的特异性CD8⁺T细胞比例也显著更高。这些结果共同表明，巨噬细胞自身的GDF15能同时增强其吞噬肿瘤细胞和将抗原交叉呈递给CD8⁺T细胞的能力。

GDF15调控巨噬细胞功能依赖NF-κB通路，而非作为转录因子

那么，GDF15是如何实现上述调控的呢？已知的分泌型GDF15受体GFRAL并不在肿瘤微环境的细胞中表达，排除了经典旁分泌途径。研究发现GDF15（前体形式）可定位于巨噬细胞核内，但染色质免疫共沉淀测序（ChIP-seq）显示，GDF15并非通过直接结合靶基因启动子来调控功能基因的表达。

RNA-seq的KEGG分析给出了关键线索：Gdf15^KOTAMs中NF-κB信号通路显著下调。蛋白免疫印迹（Western Blot）和免疫荧光证实，无论在静息还是肿瘤细胞裂解物刺激下，Gdf15^KO巨噬细胞中NF-κB p65的磷酸化水平均显著降低。功能挽救实验显示，当用NF-κB信号通路抑制剂BAY 11-7082或JSH-23处理Gdf15^fl/fl巨噬细胞时，其增强的吞噬和抗原呈递能力被削弱至与Gdf15^KO巨噬细胞相当的水平。这些结果证明，GDF15是通过激活NF-κB信号通路来增强巨噬细胞的吞噬和抗原交叉呈递功能的。

结论：GDF15的“双刃剑”效应由其细胞来源决定

综合以上发现，本研究提出了一个解释GDF15双重作用的整合模型：GDF15在肿瘤微环境中的净效应取决于其不同形式的平衡。一方面，由巨噬细胞自身产生并保留在细胞内的GDF15（可能以前体形式在核内发挥作用），可通过激活NF-κB通路，增强巨噬细胞的吞噬和抗原交叉呈递能力，进而促进抗肿瘤的CD8⁺T细胞免疫，发挥抑制肿瘤的作用。另一方面，由肿瘤细胞或其他基质细胞分泌至胞外的成熟GDF15，则通过目前认为不依赖于GFRAL的其他受体或机制，发挥抑制免疫、促进肿瘤生长的作用。GDF15中和抗体（如visugromab）的疗效正是通过阻断后一种促瘤作用而实现的，同时并不影响巨噬细胞自身GDF15的抗瘤功能。这一发现不仅深化了对GDF15这一“矛盾分子”在癌症中复杂作用的理解，也为GDF15中和抗体联合ICB疗法的临床应用提供了重要的机制依据和安全性支持。