腫瘤誘導(dǎo)的免疫抑制是癌癥逃避免疫監(jiān)視和免疫攻擊的主要原因。目前，免疫檢查點(diǎn)療法（ICT）在一些癌癥的臨床治療中有很好的效果，其通過(guò)靶向細(xì)胞毒性T淋巴細(xì)胞相關(guān)抗原4(CTLA-4)和程序性細(xì)胞死亡蛋白1(PD-1)來(lái)逆轉(zhuǎn)T細(xì)胞的免疫抑制。但是仍有大約70%的癌癥患者對(duì)ICT不敏感，因此，尋找有效的ICT靶點(diǎn)是非常必要的。最新的研究表明，中樞神經(jīng)系統(tǒng)可以調(diào)節(jié)癌癥的發(fā)展和免疫系統(tǒng)的活動(dòng)，其中主要途徑是通過(guò)神經(jīng)內(nèi)分泌系統(tǒng)。垂體是神經(jīng)內(nèi)分泌系統(tǒng)的“指揮中心”，其一些下游激素或效應(yīng)物在癌癥患者中升高，提示神經(jīng)內(nèi)分泌系統(tǒng)和垂體單位可能參與調(diào)控腫瘤免疫，然而其中的機(jī)制仍不清楚。

2022年8月4日，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)周榮斌教授作為第一通訊作者在《Science》（IF=63.714）上發(fā)表了題為《Pituitary hormone α-MSH promotes tumor-induced myelopoiesis and immunosuppression》的研究論文，深入探究了神經(jīng)內(nèi)分泌系統(tǒng)促進(jìn)腫瘤相關(guān)的骨髓生成和免疫抑制及其機(jī)制。研究發(fā)現(xiàn)阿黑皮素原（POMC）經(jīng)切割會(huì)產(chǎn)生α促黑激素（α-MSH），α-MSH則通過(guò)相應(yīng)的受體MC1R—MC5R發(fā)揮生物學(xué)功能。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，MC5R與α-MSH促進(jìn)腫瘤發(fā)展密切相關(guān)，并提示MC5R是癌癥免疫治療非常有前景的一個(gè)靶點(diǎn)。值得注意的是，漢恒生物提供的腺相關(guān)病毒HBAAV2/9-Hspa9 shPOMC-GFP成功敲低了小鼠垂體中的POMC，為作者闡明相關(guān)機(jī)制提供了有力的病毒載體工具。

下面我們一起來(lái)看看作者是如何探索其中的機(jī)制：

作者首先研究了垂體單位在腫瘤免疫中的作用。為此構(gòu)建了皮下移植瘤小鼠模型并檢測(cè)了垂體激素的水平變化，皮下移植的細(xì)胞系包括免疫檢查點(diǎn)療法耐藥的細(xì)胞系（LLC肺癌細(xì)胞和GMCSF過(guò)表達(dá)的B16F10黑色素瘤細(xì)胞）和免疫檢查點(diǎn)療法敏感的細(xì)胞系（MC38結(jié)腸癌細(xì)胞系和MCA205纖維肉瘤細(xì)胞）。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，荷瘤小鼠模型血清中α促黑激素（α-MSH）的產(chǎn)生明顯增加（圖1 A，B）。阿黑皮素原（POMC）經(jīng)加工可產(chǎn)生α-MSH，且正常情況下POMC主要在垂體中表達(dá)（圖1 C）。相比于對(duì)照組小鼠，荷瘤小鼠的垂體中葉中POMC表達(dá)增加（圖1 D，F(xiàn)）。同時(shí)發(fā)現(xiàn)，荷瘤小鼠的下丘腦室旁核神經(jīng)元激活（圖1 F，G），而下丘腦可以調(diào)控垂體產(chǎn)生α-MSH。此外，作者用HBAAV2/9-Hspa9 shPOMC-GFP敲低了小鼠腦下垂體POMC的表達(dá)，顯著降低了荷瘤小鼠血清中α-MSH的水平（圖1 H， I）。這些結(jié)果表明荷瘤小鼠可以激活下丘腦并促進(jìn)垂體產(chǎn)生α-MSH。

圖1. 荷瘤小鼠促進(jìn)下丘腦的激活和垂體源性α-MSH的產(chǎn)生

接著，作者探討了垂體來(lái)源的α-MSH在腫瘤生長(zhǎng)中的作用。研究發(fā)現(xiàn)，抑制垂體中POMC的表達(dá)對(duì)荷瘤小鼠沒(méi)有明顯的毒性，并且抑制了LLC腫瘤的生長(zhǎng)，同時(shí)增強(qiáng)了腫瘤中CD8+T、CD4+T、NK和NKT細(xì)胞的浸潤(rùn)，IFN-γ也在這些免疫細(xì)胞中表達(dá)上調(diào)（圖2 A-D）。然而，補(bǔ)充α-MSH逆轉(zhuǎn)了POMC的表達(dá)抑制對(duì)腫瘤生長(zhǎng)和抗腫瘤免疫的影響。采用抗CD4和抗CD8抗體處理小鼠，耗盡腫瘤中CD4+和CD8+T細(xì)胞，結(jié)果發(fā)現(xiàn)也消除了敲低POMC對(duì)腫瘤生長(zhǎng)抑制的作用（圖2 E）。結(jié)果說(shuō)明，抑制垂體中POMC的表達(dá)可通過(guò)增強(qiáng)抗腫瘤免疫來(lái)抑制腫瘤生長(zhǎng)。

為了研究抑制POMC后如何增強(qiáng)抗腫瘤免疫，作者分析了LLC腫瘤中的腫瘤相關(guān)髓樣細(xì)胞（TAMCs）的情況。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，抑制POMC顯著減少了腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞（TAMs）、多核型骨髓源性抑制細(xì)胞（PMN-MDSCs）、單核MDSCs（M-MDSCs）和樹(shù)突狀細(xì)胞（DC）的聚集（圖2 F）。同樣，外源性補(bǔ)充α-MSH抵抗了POMC抑制所導(dǎo)致的荷瘤小鼠中TAMCs的擴(kuò)增和骨髓生成受損（圖2 F，G）。上述結(jié)果表明，垂體產(chǎn)生的α-MSH可促進(jìn)腫瘤誘導(dǎo)的骨髓生成。作者還進(jìn)一步研究了TAMCs是否有助于POMC抑制誘導(dǎo)的腫瘤生長(zhǎng)抑制。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在LLC腫瘤中耗盡MDSCs可延緩腫瘤的生長(zhǎng)，而與耗盡TAMs無(wú)關(guān)，說(shuō)明MDSCs是LLC腫瘤的主要TAMCs（圖2 H）。此外，耗盡MDSCs的情況下，下調(diào)POMC并不能聯(lián)合增強(qiáng)腫瘤抑制和抗腫瘤免疫。在MC38腫瘤中，TAMs和MDSCs均能導(dǎo)致免疫抑制，當(dāng)二者被耗盡時(shí)，也不能增強(qiáng)POMC下調(diào)所導(dǎo)致的MC38腫瘤生長(zhǎng)抑制和抗腫瘤免疫（圖2 I）。以上結(jié)果表明，垂體來(lái)源的α-MSH可能通過(guò)骨髓生成來(lái)抑制抗腫瘤免疫。

圖2. α-MSH在腫瘤誘導(dǎo)的骨髓生成和免疫抑制中的作用

緊接著，作者探究了α-MSH促進(jìn)骨髓生成的機(jī)制。通過(guò)檢測(cè)介導(dǎo)α-MSH發(fā)揮功能的MC1R至MC5R，發(fā)現(xiàn)只有MC5R在Lin-BM骨髓細(xì)胞中高表達(dá)，尤其是小鼠骨髓造血干細(xì)胞（Lin? cKit+ Sca1+?(LSK)細(xì)胞）（圖3 A，B）。因此，認(rèn)為MC5R與α-MSH促骨髓生成密切相關(guān)。為進(jìn)一步驗(yàn)證這一結(jié)果，建立了MC5R-/-小鼠模型。結(jié)果顯示，MC5R-/-小鼠中，移植LLC誘導(dǎo)LSK細(xì)胞增殖和髓系祖細(xì)胞CMPS、GMPs的擴(kuò)增被抑制，TAMCs的聚集減少（圖3 C，D）。可見(jiàn)MC5R在腫瘤誘導(dǎo)的骨髓生成中是必需的。與對(duì)照組小鼠相比，MC5R-/-小鼠的LLC、MCA205、MC38或B16F10-GMCSF腫瘤的生長(zhǎng)顯著減少，并增強(qiáng)了抗腫瘤免疫（圖3 E-I）。MC5Rfl/flVavcre小鼠的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與MC5R-/-小鼠模型相似（圖3 J）。此外，作者還發(fā)現(xiàn)當(dāng)耗盡T細(xì)胞或骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞，可逆轉(zhuǎn)MC5R-/-小鼠對(duì)腫瘤的抑制（圖3 K，L）。綜上所述，α-MSH通過(guò)MC5R促進(jìn)腫瘤誘導(dǎo)的骨髓生成和免疫抑制。

圖3. MC5R在腫瘤誘導(dǎo)的骨髓生成和免疫抑制中的作用

以上研究結(jié)果提示MC5R或許是治療癌癥的潛在靶點(diǎn)，為了探討這一可能性，作者用MC5R特異性拮抗劑處理荷瘤小鼠。結(jié)果顯示，MC5R拮抗劑延緩了MCA205腫瘤、LLC或B16F10-GMCSF腫瘤的生長(zhǎng)（圖4 A-C），增強(qiáng)了抗腫瘤免疫，并抑制了LLC荷瘤小鼠的骨髓生成（圖4 D-G）。因此，這些結(jié)果表明，拮抗MC5R可以增強(qiáng)抗腫瘤免疫功能，具有潛在的抗腫瘤作用，即使在抗PD-1耐藥的腫瘤中也是如此。

髓系細(xì)胞在限制ICT的療效中起主要作用。因此作者進(jìn)一步研究了抑制MC5R依賴的骨髓生成是否提高了ICT的效率或克服了ICT的耐藥性。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在MCA205、LLC或B16F10-GMCSF荷瘤小鼠中，聯(lián)合使用抗PD-1抗體和MC5R特異性拮抗劑對(duì)腫瘤的抑制作用要比二者單獨(dú)使用要強(qiáng)得多（圖4 H-J）。另外，當(dāng)耗盡MDSCs時(shí)，聯(lián)合使用抗PD-1抗體和MC5R特異性拮抗劑未能抑制LLC腫瘤的生長(zhǎng)（圖4 J，K）。結(jié)果表明，拮抗MC5R為提高ICT的效率或克服ICT耐藥性提供了潛在的可能性。

圖4. MC5R拮抗劑的免疫治療作用

最后，作者探討了α-MSH-MC5R軸與癌癥患者的臨床相關(guān)性。結(jié)果顯示，MC5R在人外周血單核細(xì)胞（PBMC）的造血干細(xì)胞中高表達(dá)（圖5 A）。非小細(xì)胞肺癌（NSCLC）患者血清中α-MSH的水平顯著高于健康對(duì)照組，并且與PBMC中PMN-MDSCs或M-MDSCs的百分比呈正相關(guān)（圖5 B-D）。頭頸癌（HNC）患者的檢測(cè)結(jié)果與NSCLC患者相似，不同的是，HNC患者中α-MSH水平升高與M-MDSCs無(wú)關(guān)（圖5 E-G）。以上結(jié)果表明，癌癥患者血清中α-MSH水平增加，并于循環(huán)中的MDSCs有關(guān)。

圖5. 癌癥患者血清α-MSH濃度與外周血MDSCs百分比的相關(guān)性

綜上所述，荷瘤小鼠可促進(jìn)下丘腦的激活和垂體源性α-MSH的產(chǎn)生，然后作用于骨髓中的LSK細(xì)胞，通過(guò)激活MC5R信號(hào)促進(jìn)骨髓生成和TAMC擴(kuò)增。而MC5R特異性拮抗劑可以逆轉(zhuǎn)腫瘤誘導(dǎo)的免疫抑制，且聯(lián)合抗PD-1治療時(shí)，可提高ICT的療效或者抵抗ICT的耐藥性。本研究闡明了下丘腦-垂體-骨髓這一神經(jīng)內(nèi)分泌途徑促進(jìn)腫瘤誘導(dǎo)的骨髓生成和免疫抑制的機(jī)制，并發(fā)現(xiàn)MC5R是有效的癌癥免疫治療靶點(diǎn)，尤其是對(duì)ICT耐藥的癌癥。