Smad3信号下调通过m6A-RNA表观遗传调控阻碍结直肠癌中单核髓系来源抑制细胞的成熟

《Cell Death & Disease》：Downregulated Smad3 signaling impairs the maturation of MO-MDSC in colorectal cancer

本研究针对肿瘤微环境中TGF-β1信号异常无法驱动髓系来源抑制细胞(MDSC)成熟这一矛盾现象展开深入探索。研究人员发现Smad3信号在结直肠癌(CRC)MDSC中显著下调，并通过构建髓系特异性Smad3过表达小鼠模型，证实Smad3过表达可促进单核MDSC(MO-MDSC)向成熟髓系细胞分化，同时抑制PI3K/AKT通路介导的MDSC扩增。机制上，Mettl3介导的m6A修饰通过Ythdf2依赖的mRNA降解途径 destabilizes Smad3 mRNA。临床数据显示血浆TGF-β1水平与MO-MDSC/PMN-MDSC比率呈正相关。该研究为靶向MDSC分化障碍的肿瘤免疫治疗提供了新策略。

　　

在肿瘤免疫治疗的战场上，髓系来源抑制细胞(MDSC)就像一支"叛变"的军队——这些本该正常发育为巨噬细胞、树突状细胞或粒细胞的髓系前体细胞，在肿瘤微环境(TME)的蛊惑下停止了成熟步伐，转而成为抑制免疫攻击、助长肿瘤生长的帮凶。尽管科学家们早已意识到MDSC是癌症 immunotherapy 的主要障碍之一，但究竟是什么机制让这些细胞"拒绝长大"，至今仍是未解之谜。

尤其令人费解的是，肿瘤微环境中富含的转化生长因子β1(TGF-β1)本应促进细胞分化，却奇怪地无法推动MDSC成熟。这种矛盾现象引发了研究人员的浓厚兴趣：是否在TGF-β1信号通路中隐藏着决定MDSC命运的关键开关？

在《Cell Death and Disease》发表的最新研究中，李敏团队揭开了这一谜团。他们发现，在结直肠癌患者和荷瘤小鼠模型的MDSC中，Smad3信号显著下调，而这种下调正是阻碍单核MDSC(MO-MDSC)成熟的关键因素。研究人员通过精巧的实验设计证明，恢复Smad3表达能够"唤醒"MDSC的成熟潜能，促使它们分化为功能正常的髓系细胞，从而增强抗肿瘤免疫力。

关键技术方法

研究采用多种技术验证科学假设：通过髓系特异性Smad3过表达小鼠模型(Lyz2-Smad3)研究体内MDSC分化；利用慢病毒转染技术调控Smad3表达；采用流式细胞术分析细胞表型和免疫功能；通过蛋白质印迹和qRT-PCR检测信号通路活性；运用MeRIP-qPCR和RIP-qPCR分析m⁶A修饰；使用双荧光素酶报告基因系统验证m⁶A位点功能；临床样本来源于CRC患者、卵巢癌和乳腺癌患者的外周血单个核细胞(PBMC)。

Smad3在促进单核细胞分化中的作用及其在肿瘤MDSC中的下调

研究人员首先发现，在CT26荷瘤小鼠的肿瘤MDSC中，Smad3表达显著下调，而Smad2则无明显变化。这一现象在结直肠癌患者的MDSC中得到验证——与健康供体相比，患者MDSC中Smad3水平明显降低。随着肿瘤进展，Smad3的下调程度愈发明显。

为明确Smad3在正常髓系发育中的作用，团队构建了髓系特异性Smad3过表达小鼠(Lyz2-Smad3)。这些小鼠骨髓中CD11b+Ly6C^lo细胞(具有更成熟的单核细胞特征)比例显著增加，而CD11b+Ly6C^hi和CD11b+Ly6G⁺细胞减少，且CD86表达升高。体外实验中，Smad3特异性抑制剂SIS3处理导致细胞增殖增强、成熟受阻，证实了Smad3在单核细胞系发育中的关键作用。

Smad3过表达促进MO-MDSC成熟并抑制肿瘤生长

在荷瘤小鼠模型中，髓系Smad3过表达显著延缓了肿瘤进展，减少了脾肿大。肿瘤组织和脾脏中细胞毒性CD8⁺T细胞增加，调节性T细胞(Treg)减少。更重要的是，Lyz2-Smad3小鼠肿瘤中MO-MDSC和粒细胞样MDSC(PMN-MDSC)显著减少，而成熟巨噬细胞和树突状细胞增加。

直接过表达Smad3的肿瘤MO-MDSC表现出更高的MHCII表达，更易分化为巨噬细胞，且免疫抑制功能几乎消失——精氨酸酶-1(Arg-1)和诱导型一氧化氮合酶(iNOS)表达下降，抑制CD8⁺T细胞增殖的能力丧失。全反式维甲酸(ATRA)诱导的MDSC成熟也部分依赖于Smad3。体内过继转移实验进一步证实，Smad3过表达的MO-MDSC在肿瘤内分化为成熟髓系细胞，显著抑制肿瘤生长。

Smad3过表达抵消TGF-β1诱导的MO-MDSC扩增

TGF-β1以剂量依赖方式促进MO-MDSC扩增，并增加Ki67表达。然而，这种促扩增作用并非通过Smad3通路实现，因为Smad3过表达反而逆转了TGF-β1诱导的MO-MDSC扩增。时间进程分析显示，Smad3在MDSC诱导早期即开始下降，且Smad3抑制在整个分化过程中均能增强MO-MDSC扩增。

PI3K/AKT信号介导TGF-β1驱动的MO-MDSC扩增

研究发现，TGF-β1在初始骨髓细胞和MO-MDSC中强烈激活PI3K/AKT通路。抑制PI3K/AKT可完全消除TGF-β1诱导的增殖效应。有趣的是，Smad3抑制增强的MO-MDSC扩增也依赖于PI3K/AKT激活，而Smad3过表达则降低PI3K/AKT活化水平，表明TGF-β1通过平衡Smad3分化通路和PI3K/AKT增殖通路来调控MDSC命运。

Mettl3/m⁶A/Ythdf2介导的mRNA降解是MO-MDSC中Smad3抑制的基础

研究人员发现Smad3转录本在肿瘤MO-MDSC中m⁶A修饰水平显著升高。抑制m⁶A甲基转移酶Mettl3可增加Smad3表达，促进MDSC成熟。机制上，Mettl3在MO-MDSC中高表达，通过Ythdf2识别Smad3 mRNA 3'UTR区特定m⁶A位点(4591位置)，促进其降解，从而降低Smad3稳定性。双荧光素酶报告基因实验证实该位点突变可逆转Smad3抑制。

血浆TGF-β1水平作为肿瘤患者MO-/PMN-MDSC比率的预测指标

临床分析显示，结直肠癌患者中Mettl3与Smad3表达呈负相关。重要的是，血浆TGF-β1水平在卵巢癌、结直肠癌和乳腺癌患者中与MO-MDSC/PMN-MDSC比率呈正相关，表明其作为MDSC亚型比率预测指标的潜力。

研究结论与意义

该研究首次系统阐明了Smad3在调控MO-MDSC分化中的核心作用，解决了TGF-β1在肿瘤中既促进分化又无法驱动MDSC成熟的悖论。研究发现TGF-β1通过经典Smad3分化通路和非经典PI3K/AKT增殖通路的平衡来调控MDSC命运，而Mettl3介导的m⁶A修饰通过降解Smad3 mRNA使平衡向增殖倾斜。

这一发现不仅深化了对MDSC分化阻滞机制的理解，还为肿瘤免疫治疗提供了新的靶点策略：通过靶向Mettl3/m⁶A/Smad3轴或直接增强Smad3信号，可能促使MDSC"改邪归正"，分化为具有抗肿瘤功能的成熟髓系细胞，从而改善肿瘤免疫微环境。此外，血浆TGF-β1作为MDSC亚型比率的潜在生物标志物，有助于患者分层和个性化治疗策略制定。

该研究巧妙连接了RNA表观遗传学与髓系细胞命运决定，为理解肿瘤免疫抑制机制提供了新视角，为开发基于MDSC分化的免疫治疗策略奠定了坚实基础。