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Therapeutic melanoma inhibition by local micelle-mediated cyclic nucleotide repression

前言

单细胞RNA测序技术已经越来越多的被应用于抗肿瘤的研究中，对于黑色素瘤，之前分享过一篇关于过继T细胞疗法的 文章，今天继续带来一篇发表在Nature communications题为《Therapeutic melanoma inhibition by local micelle-mediated cydic nudeotiderepression》的通过微粒胶进行抗黑素瘤治疗的高分文章，希望能为老师们的相关研究带来补充。

背景介绍

在免疫系统中，细胞内环磷酸腺(CAMP)水平的增加抑制固有和适应性免疫细胞功能。调节性T细胞利用这种效应，通 过CAMP传播抑制其他免疫细胞。黑色素瘤内CAMP水平升高与黑色素瘤生长、免疫抑制和转移相关，作者认为CAMP通路可 能是治疗干预黑色素瘤生长的靶点。

临床发现，癌症可能通过免疫逃逸等机制来抵抗免疫攻击，限制治疗的有效性。作者发现黑素瘤的酸性肿瘤微环境，会通过上调肿瘤浸润单核细胞的CAMP来驱动免疫逃逸。作者将腺酸环化酶抑制剂MDL整合到多脑共聚物微粒胶中，进行 抗肿瘤治疗，单细胞测序结果显示其减少了抗炎髓细胞的数量和T细胞的免疫检查点受体表达丰度，可以恢复抗肿瘤免疫。

技术亮点

BD Rhapsody单细胞多组学与流式技术:

• BD Rhapsody Single-cel Analysis System
• BDRhapsody小鼠多样本标签试剂盒(mousesingle cellmultiplexing kit )
• BDRhapsody全转录组扩增试剂盒
• BD Rhapsody Analysis Pipeline

BD FACS流式细胞仪:

BDFACS Aria III flow cytometer、BD LSRII fow cytometer

实验设计

主要结论

1  多脑共聚物微粒胶的安全性和有效性

为了确保药物的安全性，作者在黑素瘤周围，分别注射了NL-PM(未整合MDL的多肤共聚物)、L-PM(整合了MDL的微 粒胶)、游离药物(MDL)或其溶剂(DMS)，测定黑色素瘤中死亡细胞的频率。联合annexin V/7-AAD和细胞表面标记物 在注射后1h和4h染色，发现高剂量MDL注射后有部分细胞死亡，相等剂量的L-PM是无毒的(图1A)，表明L-PM避免了抑制 剂的毒性作用。同时作者也测试了只有L-PM条件下AMP水平最低效果最佳(图1B)。

2  微粒胶的滞留和渗透

为了检测微粒胶在组织中的滞留和渗透情况，作者在C57BL/6小鼠皮下生长14天的B16F100VA黑色素瘤瘤周(图2A 不是瘤内，所以没有损伤瘤组织)注射了Oregon-绿色标记的L-PM，在1和24小时后分析了染料在不同组织中的分布。在1h 内，微粒胶几乎只存在于肿瘤组织中，被CD45+细胞和非造血CD45-细胞吸收，在免疫细胞中，微粒胶选择性与髓系 (CD11b+)细胞相互作用，在24h后，肾脏中也发现了荧光颗粒(图2B)。

3  微粒胶持续抑制cAMP水平及免疫浸润相关性

为了确保对肿瘤组织中CAMP形成的持续抑制，在肿瘤明显可见时就开始注射(接种后大约第4天)，每隔一天注射一次 药物，注射L-PM的小鼠黑素瘤生长显著降低(图3A)。为了缩小靶细胞范围，作者对缺乏适应性免疫细胞的RAG敲除鼠进行 实验，与正常鼠相比，L-PM治疗不能抑制缺陷小鼠黑素瘤的生长(图3B)，表示免疫浸润对该抗肿瘤作用似乎是必不可少的。

4  Treg/cAMP联合干扰实现黑素瘤排斥反应

作者进一步剖析了Treg细胞在其中的作用。在适应性免疫细胞中，Treg细胞内CAMP水平升高，通过gapjunction传递 CAMP来调节其他免疫细胞，FOXP3突变小鼠中无功能Treg细胞的CAMP水平显著降低。

Foxp3+Treg的选择性缺失是提高抗肿瘤治疗效果的一种非常有效的策略，作者发现在Tre减少(DT)的DEREG小鼠中 减少Treg可以与L-PM协同治疗(图4A)，实现了完全的肿瘤排斥反应。

5  单细胞测序揭示CAMP抑制微粒胶可防止肿瘤免疫细胞功能障碍

为了研究CAMP抑制是如何实现有效的抗肿瘤免疫，作者将对照组(NL-PM)和治疗组(L-PM)的小鼠黑色素瘤中所有 CD45+细胞进行了单细胞mRNA分析(见实验设计部分)。

在细胞类型上，鉴定出B细胞、树突状细胞(DC)、浆细胞样树突状细胞(pDC)巨细胞/单核细胞(Macro/Mono)中 性粒细胞、NK细胞和T细胞。在治疗组中，虽然B细胞、巨噬细胞/单核细胞和中性粒细胞数量减少，但LPM中细胞毒性NK和 PDC细胞显著增加(图5A)。作者进一步分析了骨髓细胞中与免疫抑制或激活状态相关的基因表达，发现巨噬细胞/单核细胞 以及中性粒细胞中Ptgs2Vegfa(血管内皮生长因子A)、Egfr(表皮生长因子受体)Arg1(精氨酸酶1)Cd22d17、1m 010和I112a表达下调(图5B)。

重要的是，肿瘤中免疫抑制的髓细胞使T细胞进入功能失调状态，NL-PM组免疫检查点上调，L:PM组中Lag3、CTLA-4. Pdcd1(PD-1)Hvr2(TIM3)表达显著减少(图5)。这些数据支持了微粒胶介导的CAMP形成抑制，有助于免疫系统通过保护 黑色素瘤组织中免疫细胞的功能来对抗黑色素瘤。

讨论

作者用两种处理，即载有腺昔酸环化酶抑制剂MDL的微粒胶治疗和对照组，对小鼠黑素瘤的抗肿瘤机制进行了单细胞 转录组水平等研究，分析了两组中细胞比例的变化及免疫检查点的表达变化。同时阐明了Treg细胞耗尽与CAMP抑制剂联合 治疗的有效性。使用载有抑制剂的聚合微粒胶局部抑制CAMP可降低黑色素瘤的生长，为开发优化的局部黑色素瘤免疫疗法 提供了依据。

我们的实验室服务包括单细胞转录组测序、单细胞蛋白检测及单细胞免疫组库。针对不同的实验需求,单细胞测序相关技术可以应用于不同的场景。

单细胞转录组测序（scRNA-seq）

        scRNA-seq利用磁珠+寡核苷酸的偶联结构，寡核苷酸的结构分为4个组成部分：PCR引物结合位点、细胞条形码、分子标签和poly-dT序列。通过A-T互补配对的方式，捕获并标记单个细胞释放出的带有polyA尾巴的mRNA分子，最终利用高通量测序反映每个细胞的各个基因的mRNA含量。

单细胞蛋白检测（Abseq）

        在单细胞水平，将蛋白组学和转录组学的检测相结合，进行多维度的单细胞信息解读。不仅可以更好地揭示细胞之间的异质性，同时也能更清晰地辨别特定细胞及其功能。BD Abseq与BD Rhapsody高通量单细胞捕获系统结合使用的方法，能够使样机组合同时分析成千上万单细胞中的RNA和蛋白质，研究复杂的多细胞系统和生物学过程。

        AbSeq是利用特异性抗体+寡核苷酸的偶联结构，将蛋白表达量转化为特异性抗体携带的核酸条形码的分子数，最终利用高通量测序手段反映单细胞水平的蛋白表达量。

单细胞免疫组库（scVDJ-seq）

        免疫组库（immune repertoire，IR) 是指在任何指定时间，生物个体的免疫系统中所有功能多样性B细胞和T细胞的总和。这种免疫组库的多样性，具体体现在由V、D、J、C基因区段排列组合形成的B细胞受体（BCR）或T细胞受体（TCR）的多样性上。单细胞免疫组库测序技术（scVDJ-seq），可以在单细胞水平，通过一次实验同时测定成千上万个淋巴细胞克隆的天然VDJ序列及其组合信息。这种单细胞精度、高通量的免疫组库研究方法，极大的提高了相关研究的效率。

结果展示

如下所示：聚类分群及mark基因在不同分群中的表达图

详见LabEx网站( www.u-labex.com)或来电咨询！
基因水平：PCR Array、RT-PCR、PCR、单细胞测序
蛋白水平：MSD、Luminex、CBA、Elispot、Antibody Array、ELISA、Sengenics
细胞水平：细胞染色、细胞分选、细胞培养、细胞功能
组织水平：空间多组学、多重荧光免疫组化、免疫组化、免疫荧光
数据分析：流式数据分析、组化数据分析、多因子数据分析

联系电话：4001619919
联系邮箱：labex-mkt@u-labex.com
公众平台：多因子及组学服务专家

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