Nature最新研究揭示肿瘤如何跨越器官屏障，“腐化”骨髓免疫细胞的源头

远方的“烽火”：肿瘤如何在骨髓中掀起波澜？

我们的骨髓是造血系统的核心，源源不断地生产着包括免疫细胞在内的各类血细胞。其中，髓系祖细胞(myeloid progenitors)是巨噬细胞(macrophages)、单核细胞(monocytes)等关键免疫细胞的“前体”。在正常情况下，这个“兵工厂”运作井然有序，按需生产。但当身体内出现肿瘤时，情况就发生了变化。

研究人员首先利用了一个模拟人类非小细胞肺癌(non-small-cell lung cancer, NSCLC)的小鼠模型(KP模型)。他们观察到，随着小鼠体内肿瘤的生长，其骨髓的髓系造血功能(myelopoiesis)被异常激活了。具体来说，在肿瘤生长的晚期（例如第21天），骨髓中的关键祖细胞，如共同髓系祖细胞(common myeloid progenitors, CMP)、粒细胞-单核细胞祖细胞(granulocytic-monocytic progenitors, GMP)以及单核细胞定向祖细胞(committed monocyte progenitor, cMoP)的数量都显著增加。这就像远方燃起了战火，后方的兵工厂收到了紧急信号，开始疯狂“扩产”。

然而，这种“扩产”并非好事。通过单细胞转录组测序(scRNA-seq)等技术，研究人员深入剖析了这些祖细胞的内在状态，发现它们正承受着巨大的压力。数据显示，来自荷瘤小鼠的GMP和cMoP细胞中，与氧化应激反应(oxidative stress response)和内质网应激(ER stress)相关的基因表达信号显著增强。流式细胞术(flow cytometry)的检测结果也证实了这一点，这些细胞内积累了更多的活性氧(reactive oxygen species, ROS)，线粒体功能也处于应激状态。

这种现象不仅限于小鼠。当研究人员分析来自非小细胞肺癌患者的外周血时，他们发现患者的CD14+单核细胞同样表现出强烈的氧化应激特征。这有力地表明，肿瘤能够系统性地在整个机体内制造一种“紧张氛围”，让远在骨髓的祖细胞也感同身受。问题是，这种长期的慢性压力，会如何改变这些新生免疫细胞的命运？

细胞的“求生开关”NRF2：从“护卫者”到“纵容犯”的意外转变

面对氧化应激这样的生存威胁，细胞并非坐以待毙，它们拥有一套复杂的防御机制。其中一个核心的“总开关”是一种名为核因子红系2相关因子2 (Nuclear factor erythroid 2-related factor 2, NRF2)的转录因子。在正常情况下，NRF2是细胞的“护卫者”，一旦感知到氧化压力，它就会被激活，启动一系列抗氧化基因的表达，帮助细胞清除有害的ROS，恢复内部稳定。

研究人员敏锐地意识到，NRF2可能就是解开谜题的关键。他们通过单细胞染色质可及性测序(scATAC-seq)技术，得以窥探细胞的“基因蓝图”中哪些区域是“开放”并准备被读取的。结果发现，在来自荷瘤小鼠的GMP和cMoP细胞中，编码NRF2的基因(`Nfe2l2`)本身以及其下游靶基因的启动子区域，其染色质变得异常“开放”，这意味着NRF2信号通路已经被“预先激活”或“primed”。这就像一个工厂，为了应对持续的紧急状态，已经把与“应急生产”相关的机器全部通上电，随时准备开足马力。

然而，这个本意在于“自保”的应急预案，却带来了灾难性的副作用。NRF2除了调控抗氧化反应，还有一个重要的功能：抑制炎症。特别是，它能有效抑制I型干扰素(type I interferon, IFN)信号通路。干扰素是免疫系统拉响警报、启动抗病毒和抗肿瘤反应的关键信号分子。在骨髓中被肿瘤远程“教育”的髓系祖细胞，由于NRF2的过度活跃，其干扰素反应能力被严重削弱了。

这构成了一个致命的逻辑闭环：肿瘤诱导全身性的氧化应激 → 骨髓中的髓系祖细胞为了自保而激活NRF2 → NRF2在增强细胞抗压能力的同时，也抑制了它们正常的免疫警戒功能（如干扰素反应）→ 这些“出厂设置”就有缺陷的细胞，注定无法成为合格的抗癌“士兵”。它们被塑造成了一群“心态佛系”、倾向于“维稳”而非“战斗”的预备役。

“出厂即设定”：被预编程的细胞如何成为肿瘤的“帮凶”？

骨髓中的变化最终要体现在肿瘤战场上。为了验证这种“源头腐化”的理论，研究人员设计了一个极为巧妙的“细胞溯源”实验。他们将来自荷瘤小鼠（肿瘤诱导）或健康小鼠（正常）的GMP细胞（标记为CD45.2）分离出来，分别移植到另一批本身就患有肺癌的受体小鼠（标记为CD45.1）体内。通过追踪不同来源标记的细胞，他们可以清晰地看到，不同“出身”的GMP细胞在肿瘤微环境中会分化成什么样的巨噬细胞。

结果令人震撼。那些“出身”于荷瘤小鼠骨髓的GMP，在进入肿瘤后，分化成了更多具有免疫抑制功能的巨噬细胞。具体数据显示，它们分化成的TREM2hi巨噬细胞（一类强效的免疫抑制细胞）和ARG1+巨噬细胞（能消耗T细胞所需的精氨酸）的比例显著更高。同时，它们表达的PD-L1（一种能直接“关闭”T细胞的分子）水平也更高。与之相对，由它们分化而成的具有免疫刺激功能的CD86+MHCII+巨噬细胞的比例则显著下降。

这组证据很有力地说明，骨髓中的“预编程”是真实存在的，并且这种“设定”是细胞内在的、可以被携带的“记忆”。即使更换了环境，这些细胞依然会按照被“设定”好的程序，走向一条免疫抑制的道路，最终成为肿瘤微环境中的“叛军”，帮助肿瘤抑制和逃避免疫系统的攻击。

为了进一步探究这种“预编程”如何影响细胞的功能，研究人员将目光再次投向了干扰素反应。他们使用了一种巧妙的报告基因小鼠(`Mx1GFP`)，这种小鼠的细胞在感受到I型干扰素信号时会发出绿色荧光(GFP)。结果发现，在荷瘤小鼠体内，从骨髓到血液，再到肿瘤，髓系细胞的绿色荧光强度呈现出一种诡异的动态变化：当单核细胞刚刚浸润到肿瘤时，荧光强度会有一个短暂的上升，但很快就会随着它们向巨噬细胞分化而急剧下降。这个过程恰好与NRF2活性的逐步增强完全吻合。这生动地描绘了一幅“此消彼长”的画面：当NRF2的“维稳”力量占据上风时，干扰素的“战斗”信号就被无情地压制了。这些细胞在进入战场后，非但没有拿起武器，反而主动熄灭了烽火台。

斩断“黑手”：靶向NRF2能否逆转乾坤？

既然找到了肿瘤“远程遥控”的关键分子NRF2，那么，如果我们斩断这只伸向骨髓的“黑手”，能否扭转战局？

研究人员首先从基因层面进行了验证。他们构建了一种特殊的基因工程小鼠(`Nfe2l2ΔMs4a3`)，在这种小鼠中，`Nfe2l2`基因（编码NRF2）只在GMP及其下游细胞中被特异性地敲除。这意味着，它们的“兵工厂”对肿瘤诱导的氧化应激失去了NRF2这个“护卫者”，但同时也摆脱了其“纵容犯”的角色。

实验结果非常鼓舞人心。与正常小鼠相比，这些NRF2缺陷的小鼠在接种肿瘤后，其肿瘤生长速度显著减慢，生存期也显著延长。对其肿瘤微环境的深入分析揭示了背后的原因：肿瘤内的免疫抑制性TREM2hi巨噬细胞数量大幅减少，而具有抗原提呈和免疫刺激功能的CD86+MHCII+巨噬细胞则相应增加。更重要的是，整个战场的氛围都改变了，大量的自然杀伤(Natural Killer, NK)细胞和能够直接杀伤癌细胞的CD8+ T细胞得以顺利浸润到肿瘤核心区域。这表明，切断NRF2的信号，成功地从源头上阻止了“叛军”的产生，使得免疫系统得以恢复其强大的抗肿瘤能力。

基因敲除的证据是坚实的，但离临床应用还有距离。那么，使用药物来抑制NRF2是否也能达到同样的效果呢？研究人员测试了两种NRF2抑制剂，Brusatol和ML385。他们发现，在荷瘤小鼠模型中，使用这些药物不仅能够抑制骨髓中髓系祖细胞的异常扩增，还能显著改善肿瘤微环境的免疫状态。

最令人兴奋的，是NRF2抑制剂与现有免疫疗法（抗PD-1抗体）的联用效果。抗PD-1疗法的目的是解开T细胞上的“刹车”，让它们恢复攻击能力。然而，如果战场上到处都是巨噬细胞这些“叛军”在制造抑制信号，那么即使解开了T细胞的“刹-车”，它们也寸步难行。研究人员的实验数据显示，单独使用抗PD-1或单独使用Brusatol都能在一定程度上抑制肿瘤生长，但当两者联用时，产生了“1+1>2”的协同效应。联合治疗组的小鼠肿瘤负荷被极大地抑制，生存期也得到了显著的延长。这一结果揭示了一个巨大的临床应用潜力：通过靶向NRF2来“净化”髓系细胞，可以为抗PD-1这类T细胞免疫疗法“扫清障碍”，从而大幅提升其疗效。

“局部战争”之外：从系统层面重塑抗癌免疫的新思路

这项研究的意义远远超出了发现一个新靶点。它更深远地改变了我们对癌症与免疫系统相互作用的认知。过去，我们倾向于将肿瘤微环境视为一个相对孤立的“局部战场”。而这项工作则清晰地告诉我们，这场战争从一开始就是一场波及全身的“系统性冲突”。肿瘤是一位高明的战略家，它不仅在局部构筑防御工事，更懂得通过释放系统性的信号（如诱导氧化应激），远程干预宿主的免疫系统“后勤基地”，从根本上改变新生免疫细胞的“出厂设置”。

这条从“肿瘤诱导的系统性应激”到“骨髓祖细胞NRF2介导的预编程”，再到“肿瘤微环境中免疫抑制性巨噬细胞的形成”的完整证据链，为我们描绘了一幅全新的抗癌战争地图。在这幅地图上，骨髓不再仅仅是遥远的后方，而是决定战争走向的前沿阵地之一。

当然，新的地图也带来了新的问题。肿瘤究竟是通过哪些具体的信号分子（研究中也提到了一些候选者如GM-CSF和IL-6）来远程诱导骨髓的应激反应？这种由NRF2介导的、可持续的细胞“记忆”又是如何被精确地编码在染色质的表观遗传修饰上的？我们能否开发出特异性更高、副作用更小的NRF2调控药物，实现对髓系细胞命运的精准“再编程”？

解答这些问题将是未来研究的重要方向。但无论如何，这项开创性的研究已经为我们指明了道路。它提醒我们，要战胜癌症这个狡猾的敌人，我们必须具备系统性的战略眼光，不仅要赢得每一场“局部战斗”，更要懂得如何切断敌人的“远程遥控”，赢得整场战争的主动权。未来，针对髓系祖细胞的早期干预，或许将成为继T细胞免疫疗法之后，肿瘤免疫治疗领域的又一次革命。