膜结合型IL-18能够识别出一类具有独特蛋白质组学特征和功能特性的巨噬细胞亚群

《OncoImmunology》：Membrane IL-18 identifies a human macrophage subset with distinct proteomic and functional traits

本研究鉴定了表达膜结合IL-18（mIL-18）的巨噬细胞亚群，发现其具有独特的蛋白质组学特征、增强的内吞作用、线粒体功能障碍及代谢重编程。mIL-18+巨噬细胞在腹腔液中占主导地位（如卵巢癌、胃癌等），并见于神经母细胞瘤患儿骨髓。其高表达TREM2但FOLR2表达异质性，且与肿瘤分期、预后相关。

　　### 解读：关于mIL-18+巨噬细胞的发现及其在癌症微环境中的作用

#### 研究背景与意义

在现代医学研究中，免疫疗法已成为癌症治疗的重要手段之一，显著提升了患者的生存率。然而，尽管免疫疗法在许多癌症患者中表现出良好的疗效，仍有相当比例的患者对治疗产生原发性或获得性耐药性。这一现象促使科学家们不断探索新的策略，以克服治疗失败的问题。与此同时，肿瘤微环境（TME）作为癌症进展的重要调控因素，其复杂性和动态性决定了免疫细胞的功能状态，从而影响免疫疗法的效果。

巨噬细胞作为TME中的关键组成部分，其功能状态的多样性对免疫调节和肿瘤进展具有深远的影响。传统上，巨噬细胞被分为M1和M2两个极化亚型，分别代表促炎性和抗炎性功能。然而，随着研究的深入，这种二元分类已被更复杂的极化模型所取代，强调了巨噬细胞在不同环境下的功能可塑性。例如，M2亚型可能进一步分为M2a、M2b、M2c等，它们在功能上存在显著差异。M2a亚型通常由IL-4和IL-13诱导，表现出免疫调节功能，而M2c亚型则通过分泌IL-10等因子，展现出免疫抑制特性。此外，肿瘤相关巨噬细胞（TAMs）在体内环境中可能同时表达M1和M2标志物，这种异质性使得传统的分类方法难以全面描述其功能状态。

本研究发现了一种表达膜结合型IL-18（mIL-18）的巨噬细胞亚群，其在肿瘤微环境中具有独特的蛋白质组成、表型特征、超微结构和功能特性。mIL-18+巨噬细胞在成人癌症患者的腹水和儿童神经母细胞瘤（NB）患者的骨髓中均占主导地位。这种细胞亚型的出现不仅揭示了巨噬细胞的异质性，还为理解肿瘤进展和免疫疗法反应提供了新的视角。

#### mIL-18+巨噬细胞的分子特征

通过高分辨率液相色谱-串联质谱（LC–MS/MS）分析，研究者发现mIL-18+和mIL-18-巨噬细胞在蛋白质组成上存在显著差异。具体而言，mIL-18+细胞表现出更高的表达水平，包括与病原体识别、激活、迁移和内吞作用相关的关键蛋白。这些蛋白质的表达水平差异反映了mIL-18+巨噬细胞在功能上的特异性。

此外，mIL-18+巨噬细胞还表现出独特的细胞内运输功能，包括囊泡运输和肌动蛋白丝的调控。这种特性可能与其在肿瘤微环境中的功能密切相关，如对病原体的清除或对肿瘤细胞的吞噬作用。同时，mIL-18+细胞在脂质代谢方面也表现出显著特征，如参与鞘脂类物质的降解和脂肪酸氧化。这些分子功能的变化表明，mIL-18+巨噬细胞在肿瘤微环境中的作用可能远不止于传统的免疫调节功能，而是具有更复杂的生物学意义。

#### mIL-18+巨噬细胞的超微结构特征

通过透射电子显微镜（TEM）分析，研究者进一步揭示了mIL-18+巨噬细胞在超微结构上的独特性。这些细胞的细胞膜显示出明显的重塑特征，包括减少的膜突起和增大的细胞内囊泡。这种形态学变化可能与其增强的内吞作用和细胞膜动态性有关。同时，mIL-18+巨噬细胞的线粒体结构也发生了显著改变，表现出圆形的形态、较小的直径和较不规则的嵴结构。这些变化可能反映了其代谢功能的异常，如线粒体呼吸能力的下降和ATP生成的受限。

值得注意的是，mIL-18+巨噬细胞的线粒体功能受损，这可能与其较低的线粒体ATP合成能力相关。尽管它们的糖酵解能力没有显著改变，但线粒体呼吸功能的下降可能影响其在肿瘤微环境中的能量供应，从而影响其对肿瘤的反应。此外，研究者还发现mIL-18+巨噬细胞的线粒体嵴组织受到一种称为MINOS1的酶的影响，该酶参与线粒体结构的维持。这些发现提示，mIL-18+巨噬细胞的线粒体功能异常可能与其在肿瘤微环境中的作用密切相关。

#### mIL-18+巨噬细胞的内吞功能

内吞作用是巨噬细胞在清除病原体和死亡细胞方面的重要机制。通过使用荧光黄绿色羧酸乳胶珠进行内吞实验，研究者发现mIL-18+巨噬细胞表现出显著增强的内吞能力。这些乳胶珠模拟了凋亡细胞的结构，其被巨噬细胞吞噬的过程与微吞噬作用（micropinocytosis）相似。微吞噬作用是一种非选择性的内吞机制，依赖于肌动蛋白的动态活动。这表明，mIL-18+巨噬细胞可能在肿瘤微环境中扮演更活跃的清除角色，可能有助于维持组织稳态或清除受损细胞。

在流式细胞术（FC）分析中，研究者发现mIL-18+巨噬细胞的内吞能力在不同的细胞群体中表现出显著差异。例如，部分细胞表现出极低的内吞能力（Gate 1），而另一部分则表现出较高的内吞能力（Gate 3）。这种内吞能力的差异可能与细胞的功能分化有关，如某些细胞可能更倾向于清除病原体，而另一些则可能更关注于对凋亡细胞的识别和处理。

#### mIL-18+巨噬细胞在不同癌症微环境中的分布

研究者进一步探讨了mIL-18+巨噬细胞在不同癌症微环境中的分布情况。在成人癌症患者的腹水中，mIL-18+细胞广泛存在，且其表面密度较高。例如，在卵巢癌、胃癌、子宫内膜癌、结直肠癌、宫颈癌和胰腺癌患者的腹水中，mIL-18+细胞的比例均在70%至98%之间。这表明，mIL-18+细胞可能在多种癌症的微环境中发挥重要作用。

在儿童神经母细胞瘤患者的骨髓中，mIL-18+细胞同样存在，且其比例约为10%至64%。有趣的是，这些细胞表现出不同的FOLR2表达水平，这可能反映了它们在功能上的多样性。FOLR2是一种组织驻留巨噬细胞的标志物，可能在某些情况下促进抗肿瘤免疫反应，而TREM2则与免疫抑制功能相关。因此，mIL-18+巨噬细胞可能在不同的癌症类型中表现出不同的功能特征，如在某些情况下具有抗肿瘤作用，而在另一些情况下则可能促进肿瘤进展。

#### mIL-18+巨噬细胞的基因表达特征与预后价值

研究者还对mIL-18+巨噬细胞的基因表达特征进行了分析，并探讨了其在神经母细胞瘤患者中的预后价值。通过无监督的聚类分析，研究者发现166种差异表达的蛋白质编码基因可以分为四个不同的基因簇，这些基因簇与患者的总体生存率（OS）和无事件生存率（EFS）显著相关。例如，基因簇A与较差的预后相关，而基因簇B和C则可能与较好的预后相关。

进一步的生存分析显示，mIL-18+巨噬细胞的基因表达特征能够显著区分患者的生存状况。具体而言，在5年随访中，基因簇3的患者OS率为50%，而基因簇1的患者OS率超过90%。这表明，mIL-18+巨噬细胞的基因表达特征可能与肿瘤进展和患者预后密切相关。此外，研究者还发现这些基因簇与患者的年龄、肿瘤分期、MYCN扩增等临床特征显著相关，这为个体化治疗提供了新的依据。

#### mIL-18+巨噬细胞的功能多样性与临床意义

尽管mIL-18+巨噬细胞在多种癌症微环境中占主导地位，但其功能多样性也值得关注。例如，某些mIL-18+细胞可能表达TREM2，而另一些则可能表达FOLR2。TREM2通常与免疫抑制功能相关，而FOLR2则可能具有抗肿瘤作用。这种功能上的异质性可能影响mIL-18+巨噬细胞在肿瘤微环境中的行为，例如在某些情况下可能促进肿瘤进展，而在另一些情况下则可能抑制肿瘤生长。

此外，mIL-18+巨噬细胞还表现出某些与感染相关的分子特征。例如，NRP1（内皮细胞受体）可能促进SARS-CoV-2的感染，而CD4是HIV的主要受体。这表明，mIL-18+巨噬细胞可能在某些感染性疾病中也发挥重要作用，这为理解其在不同病理条件下的功能提供了新的线索。

#### 研究方法与技术手段

为了全面分析mIL-18+巨噬细胞的特性，研究者采用了多种技术手段。首先，通过流式细胞术（FC）和免疫荧光（IF）技术，研究者验证了mIL-18+细胞的表面标志物表达，如CD32、CD163、CD206、CD49d等。这些技术手段使得研究者能够对不同细胞群体进行精准的分类和功能评估。

其次，通过高分辨率质谱分析，研究者获得了mIL-18+和mIL-18-巨噬细胞的蛋白质组成数据。这一分析揭示了两者之间的显著差异，为理解其分子机制提供了重要依据。此外，研究者还使用了功能网络分析工具，如Enrichr-KG，以识别蛋白质在不同通路中的作用，包括免疫反应、细胞运输、代谢调控等。

最后，通过透射电子显微镜（TEM）分析，研究者观察到了mIL-18+巨噬细胞的超微结构特征，如线粒体形态、细胞膜结构和内吞功能。这些结构特征与功能变化密切相关，进一步支持了mIL-18+巨噬细胞在肿瘤微环境中的独特性。

#### 未来研究方向与应用前景

本研究的发现为癌症免疫治疗提供了新的思路。mIL-18+巨噬细胞在肿瘤微环境中占据主导地位，且其功能多样性可能影响治疗效果。因此，针对这些细胞亚型的靶向治疗策略可能具有重要的临床价值。例如，通过调控mIL-18的表达或功能，可能可以改变巨噬细胞的极化状态，从而增强免疫疗法的疗效。

此外，研究者还指出，mIL-18+巨噬细胞的基因表达特征可能为癌症的个体化治疗提供新的生物标志物。例如，某些基因簇可能与较差的预后相关，而另一些则可能与较好的预后相关。这为临床医生在制定治疗方案时提供了重要的参考依据。

最后，研究者强调了进一步探索mIL-18+巨噬细胞在生理和病理条件下的功能差异的重要性。例如，尽管这些细胞在肿瘤微环境中表现出某些免疫抑制特性，但在健康组织中可能具有不同的功能。这提示，mIL-18+巨噬细胞的调控可能需要在不同病理背景下进行区分，以避免不必要的副作用。

#### 结论

综上所述，本研究揭示了mIL-18+巨噬细胞在癌症微环境中的重要性。这些细胞不仅在分子组成、表型特征和功能上表现出显著的异质性，还可能对肿瘤进展和免疫疗法反应产生重要影响。通过结合多种研究方法和技术手段，研究者为理解巨噬细胞的复杂性提供了新的视角，并为未来的癌症免疫治疗策略奠定了基础。这些发现不仅拓展了我们对巨噬细胞功能的认识，也为临床研究提供了重要的理论支持。