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为探究非癌性肿瘤微环境对恶病质的作用及 cachexia onset 时间点，研究人员以 KP2C GEMM 模型开展研究，发现巨噬细胞产生的 CHI3L1 激活 Hdac3 等，抗 CHI3L1 抗体可抑制肿瘤，为机制研究和治疗提供方向。
在癌症的诸多并发症中，癌症恶病质（Cancer Cachexia）是一个令人头疼的难题，它常常在肿瘤晚期出现，50–80% 的胃肠道、肺、结直肠和胰腺癌患者会受其困扰，表现为骨骼肌消耗、脂肪组织减少、炎症激活和代谢异常等，不仅严重影响患者的生活质量，还与 20% 的癌症相关死亡以及手术和化疗后的不良预后风险增加有关。然而，非癌性肿瘤微环境对恶病质的贡献却知之甚少，而且恶病质的确切发病时间点也难以预测，不同类型非癌细胞在驱动恶病质中的具体作用以及诱导骨骼肌消耗的促恶病质物质的产生机制都有待深入研究。
为了揭开这些谜团，国立成功大学的研究人员开展了相关研究。他们利用转基因 KP2C（KrasLSL-G12D/+;Trp53flox/flox;Pdx1-Cre）基因工程小鼠模型（GEMM），该模型具有临床相关性，能够模拟从恶病质前期到早期发作、严重恶病质的进展过程。通过对受体小鼠的外周血单个核细胞（PBMC）和小鼠同源移植瘤（MDSTs）进行单细胞表达分析，结合单细胞 RNA 测序（scRNA-seq）技术，旨在明确与恶病质发病时间（体重减轻 > 10%）相关的细胞类型变化，探究肿瘤微环境信号和细胞类型对体内肌肉消耗的影响。研究发现，巨噬细胞来源的几丁质酶 3 样蛋白 1（CHI3L1）通过激活骨骼肌中的组蛋白去乙酰化酶 3（HDAC3）和核因子 κB（NFκB）等，介导了癌症诱导的肌肉消耗，而抗 CHI3L1 单克隆抗体的治疗可抑制肿瘤生长、转移进展并保护体重。该研究为理解胰腺癌恶病质从前期到发病的进展机制提供了新的视角，相关成果发表在《Oncogene》上。
研究人员主要采用了以下关键技术方法：首先是建立小鼠模型，包括 KP2C 转基因模型和同源原位移植模型，通过监测小鼠体重等指标来确定恶病质的不同阶段；其次是单细胞 RNA 测序，对 PBMC 和 MDST 样本进行处理，利用 10x Genomics 平台进行单细胞基因表达分析，鉴定细胞类型和差异表达基因；此外，还运用了免疫组织化学染色、细胞培养实验（如 C2C12 肌管形成实验）、抗体治疗实验等，同时对临床样本（如胰腺癌患者的胰液外泌体）进行了分析。
建立小鼠同源移植模型重现癌症诱导的肌肉消耗
研究人员将 KP2C 原发性胰腺肿瘤的 MDST 移植到 C57BL/6 野生型小鼠体内，这些移植瘤能够重现癌症诱导的体重减轻（>10%）、脂肪组织消耗和肌肉消耗。通过比较早期发作恶病质（EOCX，体重减轻 > 10%）和年龄匹配的恶病质前期（PreCX，体重减轻 < 3%）小鼠，发现 MDST 能够稳定诱导恶病质，为后续研究提供了可靠的模型。
单细胞分析鉴定 PBMC 和肿瘤 MDST 中的细胞类型及差异表达基因
对 EOCX 和 PreCX 小鼠的 PBMC 和 MDST 进行单细胞 RNA 测序，分析细胞类型和基因表达差异。在 PBMC 中，恶病质小鼠的巨噬细胞（Mac3）和中性粒细胞数量增加，而 CD4+T 细胞、CD8+T 细胞和 B 细胞数量减少；在 MDST 中，癌细胞、成纤维细胞和巨噬细胞的数量在 EOCX 和 PreCX 组之间变化不大。进一步分析发现，CHI3L1（由小鼠 Chi3l1 编码）和几丁质酶样蛋白 3（CHI3L3，由 Chil3 编码）在 EOCX 小鼠的 PBMC 和 MDST 巨噬细胞中差异表达显著，提示巨噬细胞在早期肌肉消耗中起重要作用。
巨噬细胞介导的 CHI3L1 表达抑制肌管形成
通过免疫组织化学染色证实，在 KP2C 小鼠的肿瘤组织中，CHI3L1 与巨噬细胞标记物 F4/80 共表达，且血清中 CHI3L1 浓度在 EOCX 组显著升高。体外实验表明，重组 CHI3L1 蛋白可抑制 C2C12 肌管形成，并上调 Hdac3、Tlr9、Irf3、Tbk1 和 Nfkb1 等基因的 mRNA 表达。机制研究发现，巨噬细胞可能通过 IL-4/IL-13 信号通路激活 CHI3L1 表达，而 CHI3L1 主要以可溶性形式分泌，而非通过细胞外囊泡（EVs）传递。
骨骼肌特异性 HDAC3 敲除减少肌肉消耗
通过条件性敲除肿瘤 - bearing 小鼠骨骼肌中的 Hdac3，发现可通过 CHI3L1-HDAC3 信号通路减少肌肉消耗。HDAC3 过表达与肿瘤 - bearing 小鼠骨骼肌中的异常结构和促恶病质蛋白 Atrogin-1 表达增加相关，而敲除 HDAC3 可显著降低 Atrogin-1 阳性肌纤维的比例，表明 HDAC3 在肌肉消耗中起关键作用。
抗 CHI3L1 单克隆抗体抑制肿瘤进展并保护肌肉
在同源原位移植模型中，抗 CHI3L1 单克隆抗体（nCHI3L1 Ab）治疗可抑制肿瘤生长和肠系膜转移，同时改变肿瘤内巨噬细胞群体，增加 M1/M2 比例。虽然治疗组小鼠的总体体重没有差异，但骨骼肌纤维横截面积分布向较大尺寸偏移，表明肌肉消耗得到改善，证实了 CHI3L1 在癌症恶病质中的重要作用。
临床样本分析
对胰腺癌患者的胰液外泌体进行分析，发现其中含有与巨噬细胞激活相关的蛋白，如 S100A8 和 S100A9，但 CHI3L1 主要以可溶性形式存在于胰液中，而非外泌体中。血液样本的 RNA 测序分析显示，CHI3L1 mRNA 在恶病质 PBMC 和血清外泌体中表达升高，进一步支持了 CHI3L1 在癌症恶病质中的临床相关性。
该研究明确了胰腺肿瘤相关巨噬细胞在介导骨骼肌消耗中的作用，揭示了从恶病质前期到发病的关键机制，即巨噬细胞产生的 CHI3L1 通过激活 HDAC3 和 NFκB 等信号通路导致肌肉消耗。抗 CHI3L1 抗体的治疗效果为开发针对癌症恶病质的治疗方法提供了新的靶点和思路。然而，研究也存在一定局限性，如样本量较小、对性别差异的影响研究不足等。未来需要进一步扩大样本量，深入研究巨噬细胞亚群和其他细胞类型在恶病质中的相互作用，以及 CHI3L1 在不同癌症类型中的普遍作用，为临床治疗提供更全面的理论依据。
