《Cellular and Molecular Life Sciences》：Targeting IQGAP3 skews macrophages polarization towards M1 phenotype and promotes antitumor immune response
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本研究针对肺腺癌(LUAD)免疫检查点抑制剂(ICIs)疗效受限的难题，聚焦肿瘤相关巨噬细胞(TAMs)的M2型极化。研究人员发现IQGAP3在LUAD中高表达且与不良预后相关，通过系列实验证实靶向IQGAP3可促使巨噬细胞向M1表型极化，并揭示其通过IQGAP3-IGF2BP2-FYN-STAT1分子轴调控极化的新机制。该研究为克服ICI耐药性提供了新的联合治疗靶点。
在当今的癌症治疗领域，免疫检查点抑制剂（Immune Checkpoint Inhibitors, ICIs）的出现无疑是一场革命，尤其为晚期非小细胞肺癌（Non-Small Cell Lung Cancer, NSCLC）患者带来了新的希望。然而，现实的临床应用却面临着一个严峻的挑战：仅有约20%的肺腺癌（Lung Adenocarcinoma, LUAD）患者能够从ICI单药治疗中获益。绝大多数患者由于肿瘤微环境（Tumor Microenvironment, TME）的免疫抑制状态而出现治疗抵抗，导致疗效不佳。在这个复杂的微环境中，肿瘤相关巨噬细胞（Tumor-Associated Macrophages, TAMs）扮演了关键角色。它们通常呈现出类似M2型的免疫抑制表型，不仅直接促进肿瘤细胞的增殖和侵袭，还会抑制杀伤性CD8+T细胞的活性，从而帮助肿瘤实现免疫逃逸。因此，寻找能够将M2型巨噬细胞“重编程”为具有抗肿瘤活性的M1型的关键分子靶点，成为了提升免疫治疗效果的一个极具潜力的策略。
在此背景下，由西安交通大学第二附属医院呼吸与危重症医学科的袁博、杨拴英团队领导的研究，将目光投向了IQGAP3这一相对新颖的分子。IQGAP3是IQGAP蛋白家族的成员之一，既往研究多关注其促进肿瘤细胞增殖的作用，而它在肿瘤免疫微环境，特别是巨噬细胞功能调控中的作用尚不明确。本研究旨在深入探究IQGAP3在LUAD肿瘤微环境中对巨噬细胞极化的调控作用及其分子机制，并评估其作为免疫治疗新靶点的潜力。相关研究成果已发表在《Cellular and Molecular Life Sciences》杂志上。
为了系统地回答上述科学问题，研究人员综合运用了多种关键技术方法。研究首先基于TCGA和GEO公共数据库进行生物信息学分析，并结合本中心收集的临床组织样本（包括组织微阵列和手术切除标本），验证了IQGAP3在LUAD中的表达及其临床意义。在机制探索方面，研究团队构建了人源（THP-1细胞系）和小鼠源（骨髓来源巨噬细胞，BMDMs）的巨噬细胞模型，通过慢病毒转染和小干扰RNA（siRNA）技术实现IQGAP3的基因敲低和过表达，利用蛋白质印迹（Western Blot）、实时定量PCR（RT-qPCR）、流式细胞术、免疫荧光等技术评估巨噬细胞表型转换。通过RNA测序（RNA-seq）筛选下游信号通路，并进一步通过RNA免疫共沉淀（RIP）、共免疫沉淀（Co-IP）、mRNA稳定性实验等分子生物学手段阐明了IQGAP3通过结合并限制IGF2BP2的亚细胞定位，进而调控FYN mRNA稳定性及STAT1磷酸化的精细机制。功能研究则通过条件培养基（Conditioned Medium, CM）实验、共培养体系（巨噬细胞与肺癌细胞、巨噬细胞与CD8+T细胞）以及小鼠皮下移植瘤模型，评估了靶向巨噬细胞IQGAP3对肿瘤细胞恶性行为、CD8+T细胞活化及体内肿瘤生长的的影响，并探索了其与抗PD-1疗法的协同效应。
IQGAP3在LUAD中高表达且与免疫治疗耐药相关
研究人员首先通过生物信息学分析发现，与正常组织相比，IQGAP3在LUAD组织中的mRNA表达水平显著上调，且其高表达与肿瘤更晚的分期、淋巴结转移及远处转移相关，预示着患者的总生存期（Overall Survival, OS）更差。这一发现在独立的GEO数据集（GSE72094）和本中心的组织微阵列及配对临床样本中得到了进一步验证。更重要的是，在接受抗PD-1治疗的患者队列（GSE126044）中，无持久临床获益（Non-Durable Benefit, NDB）的患者其肿瘤组织内IQGAP3的表达水平显著高于获得持久临床获益（Durable Clinical Benefit, DCB）的患者，多因素分析也确认高IQGAP3表达是患者预后不良的独立危险因素。进一步分析显示，IQGAP3高表达的LUAD样本中巨噬细胞浸润更丰富，且IQGAP3在从LUAD患者中分离的TAMs中的表达高于肺泡巨噬细胞。多色免疫荧光（mIF）证实IQGAP3蛋白在LUAD组织内的巨噬细胞中确有表达，并且IQGAP3+巨噬细胞浸润高的区域，CD8+T细胞的丰度较低。这些结果提示IQGAP3可能参与了塑造免疫抑制性肿瘤微环境的过程。
IQGAP3促进巨噬细胞向M2表型极化
为了探究IQGAP3在巨噬细胞极化中的作用，研究团队分别用THP-1细胞和小鼠BMDMs诱导生成M0、M1和M2型巨噬细胞。结果显示，与M0和M1型巨噬细胞相比，IQGAP3在M2型巨噬细胞中的mRNA和蛋白表达水平均显著升高。当使用肺癌细胞条件培养基诱导巨噬细胞向TAMs转化时，IQGAP3的表达也同样上调。功能获得和功能缺失实验均证实了IQGAP3对M2极化的关键促进作用：敲低IQGAP3后，巨噬细胞的M1标志物（如TNF-α, IL-1β, CD86）表达上升，而M2标志物（如CD206, VEGF-A）表达下降；过表达IQGAP3则呈现相反效果。流式细胞术分析也表明，敲低IQGAP3后，M2型巨噬细胞比例减少，M1型比例增加。
IQGAP3敲低增强巨噬细胞吞噬能力并促进CD8+T细胞活化
鉴于TAMs的主要免疫抑制功能之一是抑制T细胞活性，研究人员通过体外共培养实验发现，与对照巨噬细胞共培养相比，与IQGAP3敲低的巨噬细胞共培养后，CD8+T细胞活化标志物干扰素-γ（IFN-γ）和颗粒酶B（Granzyme B, GZMB）的表达显著升高，表明T细胞功能得到增强。同时，巨噬细胞对肺癌细胞（A549, H1299, LLC）的吞噬能力在IQGAP3敲低后也显著增强。
巨噬细胞IQGAP3敲低抑制LUAD恶性表型
研究人员将敲低或对照IQGAP3的巨噬细胞条件培养基用于培养肺癌细胞。结果显示，来自IQGAP3敲低巨噬细胞的CM能够显著抑制LUAD细胞（A549, H1299）和小鼠肺癌LLC细胞的增殖（集落形成实验）、迁移（划痕实验）和侵袭（Transwell实验）能力。在免疫健全小鼠体内，将LLC细胞与敲低IQGAP3的RAW264.7巨噬细胞混合后皮下成瘤，发现肿瘤生长受到显著抑制。对瘤内免疫细胞的分析显示，实验组肿瘤中M2型巨噬细胞（CD206+）减少，M1型巨噬细胞（CD86+）增多，同时CD8+T细胞浸润增加，且其细胞毒功能（IFN-γ+）增强。这表明靶向巨噬细胞IQGAP3可通过调节肿瘤免疫微环境来抑制肿瘤生长。
IQGAP3通过FYN-STAT1轴调控巨噬细胞极化
为了揭示分子机制，研究者对IQGAP3敲低和对照的巨噬细胞进行了RNA-seq分析。基因集富集分析（GSEA）提示STAT蛋白酪氨酸磷酸化等通路被激活。后续实验证实，IQGAP3敲低特异性地增强了STAT1酪氨酸701位点（Tyr701）的磷酸化水平，而对STAT4磷酸化无影响。抑制STAT1可逆转IQGAP3敲低导致的M2极化抑制效应。RNA-seq数据及验证实验发现，Src家族酪氨酸激酶FYN在IQGAP3敲低后表达上调。敲低FYN或使用FYN抑制剂均可逆转IQGAP3敲低引起的STAT1磷酸化水平升高。进一步机制探索表明，IQGAP3敲低增强了FYN mRNA的稳定性。通过生物信息学预测和RNA免疫共沉淀（RIP）实验，研究者发现RNA结合蛋白IGF2BP2能直接结合FYN mRNA，且IQGAP3敲低增强了这种结合。共免疫沉淀（Co-IP）和免疫荧光实验证明，IQGAP3与IGF2BP2存在物理相互作用，并将IGF2BP2限制在细胞周边；敲低IQGAP3后，IGF2BP2弥散至胞质，从而增强其稳定FYN mRNA的能力。同时敲低IGF2BP2则废除了IQGAP3敲低对FYN mRNA稳定性、FYN蛋白表达及STAT1磷酸化的促进作用。由此，一条由IQGAP3-IGF2BP2-FYN-STAT1构成的调控巨噬细胞极化的新通路被清晰地揭示出来。
靶向巨噬细胞IQGAP3增强抗PD-1疗效
基于上述发现，研究者在LLC移植瘤模型中评估了巨噬细胞IQGAP3敲低与抗PD-1抗体联合治疗的效果。结果显示，与单独使用抗PD-1抗体或单独敲低IQGAP3相比，联合治疗能最显著地抑制肿瘤生长。流式细胞术分析表明，联合治疗组肿瘤内具有细胞毒功能的活化CD8+T细胞（IFN-γ+CD8+）比例最高，而耗竭CD8+T细胞（PD-1+CD8+）比例最低，证明了协同抗肿瘤免疫效应的产生。
结论与展望
本研究首次系统地揭示了IQGAP3在LUAD肿瘤微环境中调控巨噬细胞极化的关键作用及其精细的分子机制。研究证实，IQGAP3通过结合IGF2BP2并将其锚定在细胞周边，限制了IGF2BP2对FYN mRNA的稳定作用，进而抑制了FYN表达和STAT1磷酸化，最终驱动巨噬细胞向免疫抑制性的M2表型极化。靶向巨噬细胞的IQGAP3能够有效将TAMs“重编程”为具有抗肿瘤活性的M1表型，增强其吞噬能力和促进CD8+T细胞活化的功能，从而抑制肿瘤生长，并与抗PD-1治疗产生显著的协同效应。
该研究的发现具有重要的理论意义和临床转化价值。它不仅深化了对肿瘤免疫微环境调控机制的理解，更重要的是，为克服LUAD及其他实体瘤对ICI的耐药性提供了一个崭新的潜在治疗靶点。靶向IQGAP3以重塑巨噬细胞功能，可能成为未来联合免疫治疗策略中的一个有效组成部分，有望改善更多癌症患者的预后。当然，将这一发现推向临床，还需要进一步开发靶向IQGAP3的特异性抑制剂或抗体，并在更复杂的临床前模型和后续的临床试验中进行验证。
