Enhanced emergency granulopoiesis in IL1R2-deficient sarcoma-bearing mice IL1R2缺陷肉瘤小鼠中增强的紧急粒系造血

《Cancer Immunology Research》：Enhanced emergency granulopoiesis in IL1R2-deficient sarcoma-bearing mice. ... Open Access

　　

白细胞介素1（IL1）在癌症中具有双重功能。它促进癌症相关炎症和进展，同时也影响白细胞的功能活化。IL1受体2（IL1R2）作为IL1的诱饵受体，抑制IL1活性。本研究中，研究人员在小鼠结直肠癌、肺癌、原发性和转移性可移植肉瘤以及化学诱导肉瘤等癌症模型中，探究了IL1R2在调节IL1依赖性效应中的作用。尽管IL1的主要作用是促肿瘤的，但IL1R2缺陷选择性地与肉瘤生长减少相关，而在其他临床前模型中则无相关性。IL1R2缺陷与肿瘤中大量中性粒细胞浸润、中性粒细胞增多以及髓外紧急粒系造血增加相关。中性粒细胞在IL1R2缺陷小鼠中对肿瘤控制至关重要。对肉瘤浸润中性粒细胞的免疫表型和转录谱分析表明，IL1R2缺陷与活化或成熟标志物的高表达以及基因表达重编程相关，同时促肿瘤功能相关的通路下调。在肉瘤患者中，IL1R2缺陷基因特征与更好的临床结局相关。因此，本研究显示，IL1R2调节IL1驱动的癌症相关紧急粒系造血，并使中性粒细胞功能活化在肉瘤中转变为抗肿瘤模式，揭示了中性粒细胞在该肿瘤中的抗肿瘤潜力。

一、 研究背景、问题与目的

慢性炎症与癌症之间的关系在临床前模型和人体研究中已有充分记录。白细胞介素1（IL1）是IL1家族中的典型细胞因子，在炎症、造血和淋巴细胞活化中扮演多重角色。然而，IL1在癌症中的作用复杂且具有双重性，既可促进肿瘤发展，也可激活抗肿瘤免疫。IL1受体2（IL1R2）是一种诱饵受体，可结合IL1α和IL1β，但缺乏信号转导所必需的细胞内结构域，从而抑制IL1活性。尽管IL1R2已被证实是急性和慢性炎症的调节因子，但其在调节IL1依赖性癌症相关炎症中的作用仍不清楚。为了阐明IL1R2在肿瘤微环境中的具体功能，本研究旨在探究其在多种小鼠肿瘤模型中的作用，以期发现新的免疫调节靶点。

二、 主要研究方法

本研究采用了多种移植性肿瘤模型（FS6、MN/MCA1肉瘤，MC38结肠腺癌，LLC Lewis肺癌）和化学诱导肉瘤模型（3-甲基胆蒽，3-MCA），对比研究了IL1R2缺陷（Il1r2^?/?）与野生型（WT）小鼠的肿瘤生长、免疫细胞浸润和转录谱变化。核心实验技术包括：

1. 1.
   流式细胞术：系统分析肿瘤、骨髓、血液、脾脏等组织中免疫细胞（特别是中性粒细胞、调节性T细胞等）的组成、表型和IL1R2表达。
2. 2.
   免疫荧光：定位和定量肿瘤组织内中性粒细胞的浸润情况。
3. 3.
   细胞分选与转录组测序：分选肿瘤浸润中性粒细胞，进行3‘ mRNA测序，通过差异表达分析、通路富集分析（IPA, GSEA）和基因集变异分析（GSVA）探究其转录特征。
4. 4.
   遗传模型与抗体耗竭实验：利用Il1r2^?/?Csf3r^?/?（G-CSFR缺陷）双基因敲除小鼠及抗CD8、抗NK1.1、抗PD-1、抗IFNγ抗体耗竭实验，验证中性粒细胞在抗肿瘤表型中的作用。
5. 5.
   临床数据分析：利用癌症基因组图谱（TCGA）肉瘤患者数据，将研究中发现的“IL1R2缺陷特征”与患者生存结局进行关联分析。

三、 研究结果

1. Role of IL1R2 deficiency in mouse sarcoma

在多种肿瘤模型中，IL1R2缺陷选择性地抑制了肉瘤的生长，包括FS6、MN/MCA1移植性肉瘤、3-MCA化学诱导肉瘤以及p53^?/?/Kras^G12D/+模型，但不影响结肠癌MC38和肺癌LLC的生长。在转移模型中，IL1R2缺陷也减少了肺转移体积。

2. IL1R2 expression in healthy and sarcoma-bearing mice

流式分析显示，在健康和荷瘤小鼠中，中性粒细胞是骨髓、血液和脾脏中IL1R2表达最高的细胞。在肿瘤浸润白细胞中，IL1R2高表达于中性粒细胞和调节性T细胞（Tregs）。非免疫细胞（如内皮细胞、间充质细胞）不表达IL1R2。

3. IL1R2 deficiency and sarcoma neutrophil infiltration

IL1R2缺陷导致肉瘤内中性粒细胞浸润数量和比例显著增加，而单核细胞、巨噬细胞等其他髓系细胞无此变化或比例降低。免疫荧光显示，IL1R2缺陷小鼠的肿瘤中，中性粒细胞大量浸润肿瘤核心区域。

4. IL1R2 deficiency and emergency granulopoiesis

IL1R2缺陷小鼠在荷瘤后出现了系统性中性粒细胞增多，表现为骨髓、血液和脾脏中中性粒细胞频率升高，并伴有脾脏肿大。造血干细胞和祖细胞分析表明，IL1R2缺陷导致脾脏髓外造血增强，特别是中性粒细胞谱系的分化与扩增（如MPP3、GMP、前体及成熟中性粒细胞频率增加），而骨髓中的造血潜能则呈现一定程度的耗竭。这表明IL1R2是癌症相关紧急粒系造血的关键调节因子。

5. Role of IL1R2-deficient neutrophils in resistance to sarcoma development

通过构建Il1r2^?/?Csf3r^?/?双敲小鼠，发现其失去了IL1R2缺陷介导的抗肿瘤表型，且肿瘤和脾脏中的中性粒细胞频率恢复至野生型水平，表明中性粒细胞是IL1R2缺陷小鼠抗肿瘤作用所必需的，且其功能依赖于粒细胞集落刺激因子（G-CSF）。抗体耗竭实验进一步排除了CD8⁺T细胞、NK细胞、IFNγ或PD-1通路是介导此抗肿瘤表型的主要因素。此外，IL1信号传导受体IL1R1的缺陷并未重现IL1R2缺陷的表型，而IL1R拮抗剂（Anakinra）处理可部分逆转IL1R2缺陷小鼠的抗肿瘤作用，证实了该表型是IL1信号特异性增强的结果。

6. Transcriptional and functional reprogramming of IL1R2-deficient tumor-associated neutrophils

对分选的肿瘤浸润中性粒细胞进行RNA测序分析显示，IL1R2缺陷导致中性粒细胞发生显著的转录重编程。通路分析表明，这些细胞中与活化、成熟、干扰素信号、抗原呈递和免疫调节相关的基因表达上调，而与促肿瘤功能（如血管生成、组织重塑、代谢）相关的通路则下调。这表明IL1R2缺陷将肿瘤相关中性粒细胞（TAN）的功能偏向于抗肿瘤表型。

7. Clinical relevance of the IL1R2-deficient signature in human sarcomas

研究人员基于小鼠IL1R2缺陷中性粒细胞上调的基因，定义了一个“IL1R2缺陷特征”。在TCGA肉瘤患者数据中，高表达此特征的患者具有显著更长的总生存期。单细胞RNA-seq数据分析也显示，在人类肉瘤中，IL1R2主要在特定的髓系和淋巴系细胞亚群中表达。

四、 讨论与结论总结

本研究系统揭示了IL1R2在肉瘤免疫微环境中的独特作用。与通常的促炎、促肿瘤作用不同，本研究发现在肉瘤模型中，IL1R2通过负向调节IL1信号，抑制了抗肿瘤中性粒细胞的功能活化。其机制在于，IL1R2缺陷导致IL1信号增强，进而驱动癌症相关的紧急粒系造血，并促使中性粒细胞向具有抗肿瘤潜能的表型转变。这些功能重塑的中性粒细胞是控制肉瘤生长的关键效应细胞。

研究结论翻译：因此，本研究表明，IL1R2是肉瘤中IL1驱动的癌症相关紧急粒系造血和中性粒细胞抗肿瘤活化的调节器，揭示了中性粒细胞在这一癌症类型中的特异性抗肿瘤潜力。