肿瘤神经支配通过SLPI-GZMB轴驱动癌细胞的可塑性及免疫逃逸

《Cancer Letters》：Tumor innervation drives cancer cell plasticity and immune evasion through the SLPI-GZMB axis

　　

Hui Zhang|Qi Wu|Li Wang|Xiezong Hu|Shurao Li|Meng Tang|Xiaopeng Ma|Jiabei Wang|Qingsong Hu

中国科学技术大学附属第一医院肝胆外科，免疫反应与免疫治疗国家重点实验室，IHM领先医学与先进技术中心，生命科学与医学部，中国合肥230001

摘要

周围神经会促进肿瘤进展，但神经信号如何调控癌细胞可塑性及免疫耐药性机制目前尚不清楚。通过构建神经内与神经外肿瘤生长的小鼠对照模型，并结合单细胞RNA测序，我们发现了一种与神经相关的癌细胞状态，其特征为分泌型白细胞蛋白酶抑制剂（SLPI）表达升高。在神经内肿瘤以及存在神经周围浸润的人类肿瘤中，SLPI水平均有所上升。感觉神经元产生的物质P可通过肿瘤细胞上的TACR1诱导SLPI分泌，而感觉神经切除或TACR1阻断则会降低SLPI的产生。SLPI^高表达的癌细胞具有更强的WNT/β-连环蛋白及干性特征。与之相应的是，SLPI会升高β-连环蛋白和c-MYC的表达，增加ALDH⁺干样细胞的数量，并促进乳腺球形成；而SLPI基因缺失则会导致干性特征减弱，进而抑制体内肿瘤生长。此外，SLPI还会限制免疫介导的癌细胞杀伤作用。蛋白质组学和生化分析表明，颗粒酶B是SLPI的直接结合伴侣，SLPI可通过抑制颗粒酶B对caspase-3和gasdermin E的切割，从而减少细胞毒性淋巴细胞引发的细胞死亡。在具有免疫功能的小鼠模型中，使用阿瑞匹坦药物抑制上游的SP–TACR1通路可与抗PD-1疗法产生协同效应。在临床数据中，高SLPI表达与免疫治疗后的疾病残留、治疗效果不佳以及不良预后相关。综上，这些研究结果揭示了SP-TACR1-SLPI轴是连接癌症干性、免疫逃逸的神经通路，并提出将该通路作为联合免疫治疗的靶点。

引言

在实体瘤内部及其周围常常可以发现神经存在，而神经周围浸润与多种癌症的不良预后密切相关[1]、[2]、[3]。如今，肿瘤神经支配越来越被视为肿瘤微环境中的活跃组成部分，而非单纯的组织学特征[4]、[5]、[6]、[7]。前列腺癌的研究表明，交感神经和副交感神经在肿瘤生长和扩散过程中起着不同的作用，阻断这些神经通路可抑制疾病进展[8]、[9]。神经信号还能重塑间质细胞的特性。例如，肾上腺素能神经可通过内皮细胞中的β-肾上腺素能信号传导，在前列腺肿瘤中启动血管生成过程[10]；而迷走神经切除则能减轻胃癌的肿瘤负荷并延缓其进展[11]。除了影响间质细胞外，神经信号还能作用于抗肿瘤免疫系统。β-肾上腺素能信号已被证明可抑制细胞毒性T细胞的活性，进而削弱抗肿瘤免疫反应[12]；而感觉神经元产生的神经肽，如降钙素基因相关肽（CGRP）和物质P，则能调节肿瘤微环境中的免疫细胞招募及炎症信号传导[13]、[14]。综上，这些研究结果表明，神经信号可影响肿瘤生态系统的多个方面，包括血管重构、间质细胞活性、免疫反应以及肿瘤进展。

尽管这些研究强调了神经调控在肿瘤中的作用，但神经信号如何直接影响肿瘤细胞状态仍需进一步阐明。在脑肿瘤中，神经元活动通过分泌神经连接素-3以及形成功能性神经元-胶质瘤突触，可促进胶质瘤的生长，这一现象已被较为清晰地揭示[15]、[16]、[17]、[18]。在外周癌症中，也有证据表明神经可直接调控肿瘤细胞。例如，有研究显示乳腺癌模型中的感觉神经元会释放物质P，而抑制其受体TACR1可减少肿瘤进展和转移[19]。然而，神经信号通路如何改变肿瘤细胞的可塑性以及影响其与免疫微环境的相互作用，目前仍不完全清楚。尤其值得关注的是，处于神经微环境中的肿瘤细胞是否会产生特定的细胞状态，从而导致肿瘤异质性及对细胞毒性免疫监视的抵抗能力，这一问题目前尚无定论。

在此，我们发现了一条神经信号通路，它将肿瘤神经支配与肿瘤细胞状态调控及免疫耐药性直接联系起来。我们发现，肿瘤内的神经纤维释放的物质P会作用于肿瘤细胞上的TACR1，从而诱导SLPI的高表达。SLPI^高表达的细胞表现出更强的干样特征，包括c-Myc和Wnt/β-连环蛋白信号通路的激活，同时还能通过旁分泌信号促使邻近的肿瘤细胞转变为干样状态，进而增加肿瘤内的异质性。更重要的是，我们发现了此前未被重视的SLPI-GZMB轴：SLPI可直接与GZMB结合，抑制其细胞毒性活性，从而阻止caspase-3和gasdermin E的切割，减少CD8⁺ T细胞和NK细胞对肿瘤细胞的杀伤。因此，SLPI不仅是一种与神经相关的癌细胞状态标志物，也是一种功能性的中介分子，可将神经信号传导、细胞干性可塑性及免疫逃逸联系在一起。通过药物抑制SP信号通路，可减少SLPI的产生，恢复抗肿瘤免疫功能，并在体内增强PD-1阻断的效果。在乳腺癌患者群体中，高SLPI表达多见于对化疗联合免疫治疗耐药的肿瘤。这些研究结果建立了肿瘤神经支配、肿瘤细胞可塑性及免疫逃逸之间的直接机制联系。

章节节选

神经内肿瘤微环境中SLPI的表达

为探究神经如何调控癌细胞的可塑性，我们构建了一种小鼠模型：将小鼠乳腺癌EMT6细胞注入同一只小鼠后肢的坐骨神经内（神经内），再注入远离坐骨神经的对侧肌肉中（神经外）。这种对照设计可最大程度减少个体差异，使我们能够将转录水平的差异归因于神经微环境本身。14天后，来自神经内和

讨论

肿瘤神经支配日益被视作肿瘤微环境中的重要组成部分，但神经信号如何直接影响肿瘤细胞状态仍需进一步研究[2]、[5]、[6]。在本研究中，我们发现了一条神经肿瘤信号通路，它将神经信号输入与肿瘤细胞的可塑性及免疫逃逸联系起来（见图8K）。我们发现，感觉神经元产生的物质P会作用于肿瘤细胞上的TACR1，从而诱导SLPI的表达。随后，SLPI会促进肿瘤细胞向干样状态转变，增加肿瘤的异质性

动物实验

所有动物实验均获得了中国科学技术大学动物实验伦理委员会的批准（批准号USTCACUC26120124022）。五周大的BALB/c和C57BL/6小鼠购自上海SLAC实验动物公司。OT-1小鼠则从李丰银教授处获得。所有小鼠均饲养在SPF级环境下，光照周期为12小时/暗12小时，温度维持在22–24℃，湿度为50–60%。用于肿瘤植入的EMT6细胞浓度为1×10⁶个，培养基为1:1比例的Matrigel

CRediT作者贡献说明

Xiezong Hu：正式分析。Shurao Li：研究实施。Qi Wu：论文撰写——初稿，可视化处理，软件应用，方法设计，正式分析，数据整理。Li Wang：数据整理。Jiabei Wang：资源提供，项目管理。Qingsong Hu：论文撰写——审阅与编辑，论文撰写——初稿，验证工作，监督指导，资源提供，项目管理，概念构思。Meng Tang：研究实施。Xiaopeng Ma：资源提供。Hui Zhang：论文撰写——初稿，方法设计，数据整理

数据可用性

本研究的所有数据均可在论文及其补充材料中找到，如有合理需求，也可向通讯作者索取。本文中报告的原始序列数据将存入中国国家生物信息中心。

代码可用性

本研究未使用任何原创代码。

利益冲突

作者声明不存在任何利益冲突。

利益冲突声明

作者声明不存在任何利益冲突。

致谢

本研究得到了中国科学院的战略性先导科技专项（项目编号XDB0940101）、国家自然科学基金委员会的资助（项目编号82573851）、IHM先进跨学科科学与生物医学中心的研究经费支持（项目编号QYPY20220005），以及中国科学技术大学在“双一流”建设框架下的研究经费支持（项目编号YD9100002053）。