Cancer Letters|上海交通大学于颖彦教授揭示极光激酶抑制剂诱导的胃癌类器官衰老可削弱巨噬细胞的天然免疫反应

2024年7月，于颖彦教授在《Cancer Letters》【IF9.1，Q1】杂志在线发表题名为“Drug-induced senescence by aurora kinase inhibitors attenuates innate immune response of macrophages on gastric cancer organoids.”——极光激酶抑制剂诱导的胃癌类器官衰老可削弱巨噬细胞的天然免疫反应的研究论文。瑞金医院普外科/上海消化外科研究所于颖彦教授、WHO 国际癌症研究机构Zisis Kozlakidis 教授为论文的共同通讯作者；瑞金医院普外科/上海消化外科研究所杨蕊馨博士研究生、关颖欣博士研究生为论文的共同第一作者。

 doi：10.1016/j.canlet.2024.217106. 

中文摘要  

弥漫型胃癌（DGC）以浸润性强、容易转移、预后较差而著称。研发靶向弥漫型胃癌的药物具有重要意义。该研究中，团队利用患者来源类器官（PDO）对一组小分子激酶抑制剂进行筛选，尤其关注不同亚型胃癌的敏感性差异。发现肠型胃癌（IGC）对多种激酶抑制剂敏感，而DGC显示耐药，并在极光激酶抑制剂（AURKi）巴拉塞替（Barasertib）和达努塞替（Danusertib）治疗后出现药物性肿瘤细胞衰老改变，表现为细胞体积增大，出现多核瘤巨细胞，并呈现衰老相关β-半乳糖苷酶（SA-β-GAL）染色强阳性。肿瘤细胞分泌大量的炎症趋化因子MCP-1/CCL2，诱导单核巨噬细胞聚集并发生M2极化，导致原本来杀伤肿瘤的机体天然免疫巨噬细胞杀伤力减弱。这种新型免疫抑制机制的发现提示，对于弥漫型胃癌可采用AURKi + 清除衰老肿瘤细胞的序贯治疗。

Abstrac

Diffuse-type gastric cancer (DGC) is a subtype of gastric cancer with aggressiveness andpoor prognosis. It is of great significance to find sensitive drugs for DGC. In the current study, a total of 20 patient-derived organoids(PDOs) were analyzed for screening the therapeutic efficacy of small molecule kinases inhibitors ongastric cancers, especially the therapeutic difference betweenintestinal-type gastric cancer (IGCs) and DGCs. The IGCs are sensitive to multiple kinases inhibitors, while DGCs are resistantto most of these kinases inhibitors. It was found that DGCs showed drug-induced senescent phenotype after treatment by aurora kinases inhibitors(AURKi) Barasertib-HQPA and Danusertib. The cell diameter of cancer cells are increased with stronger staining of senescence-associated β-galactosidase (SA-β-GAL), and characteristic appearance of multinucleated giant cells. The senescent cancer cells secrete large amounts of chemokine MCP-1/CCL2, which recruitand inducemacrophage to M2-type polarizationin PDOs of DGC (DPDOs)-macrophage co-culturesystem. The up-regulation of local MCP-1/CCL2 can interact with MCP-1/CCL2 receptor (CCR2)expressed on macrophages and suppress theirinnate immunity tocancer cells.Overall, the special response of DGC to AURKisuggests that clinicians should select a sequential therapy withsenescent cell clearanceafter AURKi treatment for DGC. 

 

该研究首先探讨了不同亚型胃癌PDO对小分子激酶抑制剂的敏感性差异。采用96孔板对2例肠型胃癌PDO （IPDO）和4例弥漫型胃癌PDO（DPDO）筛选了11种激酶抑制剂的药物敏感性。其中IPDO对多种激酶抑制剂均敏感，而DPDO对激酶抑制剂的敏感性均较差。4例DPDO的表型均显示细胞之间黏附性较差，细胞分布杂乱无极性。采用AURKi Barasertib和Danusertib处理48小时，肿瘤细胞直径显著变大，但并没有发生明显的细胞裂解坏死， 而是出现瘤巨细胞变化，高度提示为细胞衰老，遂进行了SA-β-GAL染色，证实AURKi诱导的细胞SA-β-GAL染色显著增强。在Giemsa染色下，AURKi处理组的DPDO肿瘤细胞体积显著增大，出现多核及巨核瘤巨细胞衰老表型特征。作者遂收集了经SA-β-GAL染色证实的8例早期传代活力良好类器官的培养上清和6例衰老类器官的培养上清，检测了12种炎症相关因子的含量变化。随着类器官传代次数增加，培养上清中单核巨噬细胞趋化因子MCP-1/CCL2的含量升高程度最为明显。采用AURKi处理的DPDO培养上清液也检查到高含量的MCP-1/CCL2。

经过对开源数据库胃癌单细胞测序数据集（GSE163558）的细胞分群与炎症相关因子表达水平分析，在7个上皮来源细胞亚群中，C3亚群高表达衰老相关基因CDKN2A和CDKN2B，同时，MCP-1/CCL2阳性表达细胞比例最高。利用GSEA通路富集分析发现，高表达MCP-1/CCL2的C3亚群的基因集主要富集在ROS通路、蛋白质分泌通路、EMT通路和炎症反应通路等等。以集落刺激因子1受体CSF1R作为巨噬细胞标志基因，对巨噬细胞亚群进行分析发现，其M2极化巨噬细胞的MCP-1/CCL2阳性表达细胞比例最高。GSEA通路富集分析显示，M2型巨噬细胞上调的基因集主要富集在TNFα信号通路、EMT通路、促血管生成通路及蛋白质分泌通路等等。

乳酸脱氢酶（LDH）释放量可以反映细胞膜的完整性，研究人员测定了DPDO-巨噬细胞共培养体系内添加rhMCP-1处理对LDH释放的影响。与对照组相比，rhMCP-1处理组的LDH释放量显著降低，表明微环境内MCP-1/CCL2的增加致使巨噬细胞对肿瘤的吞噬杀伤作用减弱。对肿瘤细胞涂片进行Giemsa染色，可见未经rhMCP-1处理的肿瘤细胞裂解增加，而rhMCP-1处理组的肿瘤细胞形态保留完整，细胞体积增大。采用siRNA干扰巨噬细胞表面的CCR2受体表达，则巨噬细胞受MCP-1/CCL2趋化因子影响减少，细胞迁移能力明显减弱。

在抗癌药物筛选领域，诱发细胞衰老从而阻滞肿瘤生长是候选策略之一。然而，“老而不死”肿瘤细胞的生物学作用尚有待深入研究。近年来细胞衰老机制研究有了长足发展，衰老细胞可以通过自分泌或者旁分泌产生大量细胞因子与炎症因子,构成衰老相关分泌表型（SASP），但SASP对胃癌细胞的影响尚不清楚。该研究将类器官实验研究与外部单细胞测序数据集分析相结合，鉴定到衰老的肿瘤上皮细胞可以产生大量的MCP-1/CCL2炎症趋化因子，趋化单核巨噬细胞聚集到肿瘤周围，诱发单核巨噬细胞向M2极化，从而削弱了单核细胞吞噬杀伤肿瘤的能力。该研究与最近几项在其它类型肿瘤的研究结果不谋而合。近来已有研究显示，肿瘤细胞衰老是一种不容忽视的现象，此类细胞有可能成为肿瘤复发与转移的根源，应当积极探索靶向衰老肿瘤细胞的干预策略。针对弥漫型胃癌的这种药物反应特性，可以考虑AURKi+衰老细胞靶向清除的序贯疗法作为一种新型治疗策略。

 

作者介绍

于颖彦  主任医师，教授，博士研究生导师，上海交通大学医学院附属瑞金医院普外科/上海消化外科研究所；研究方向：胃癌的基础与转化研究 。杨蕊馨  博士研究生，上海交通大学医学院附属瑞金医院普外科/上海消化外科研究所；研究方向：胃癌发病机制及靶向治疗。关颖欣  博士研究生，上海交通大学医学院附属瑞金医院普外科/上海消化外科研究所；研究方向：胃癌发病机制及靶向治疗。

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