Nature | IL-10+巨噬细胞限制抗肿瘤免疫由B细胞引发
原创 榴莲不酥 图灵基因 今天
收录于话题#前沿分子生物学机制
撰文：榴莲不酥
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本文确定了B细胞衍生的GABA可促进单核细胞分化为分泌IL-10并抑制CD8+T细胞杀伤功能的抗炎巨噬细胞，并在小鼠体内实验中发现GABA生成酶的B细胞缺陷或B细胞特异性失活可增强抗肿瘤反应。实验重点表明，来自B细胞的小代谢物还具有免疫调节功能，可能是微调免疫反应的药物靶点。
2021年9月28日，在Nature杂志上发表了一篇名为“B cell-derived GABA elicits IL-10+ macrophages to limit anti-tumour immunity”的文章，描述B细胞衍生的GABA如何引发IL-10+巨噬细胞以限制抗肿瘤免疫。在这里，该团推通过从B细胞合成并分泌GABA，B细胞通过GABA限制细胞毒性T细胞，GABA引发抗炎TAM和GABA调节巨噬细胞等反面展开深入研究，探讨复杂的抗肿瘤免疫机制。
小的可溶性代谢物不仅是细胞内生化过程中必不可少的中间产物，而且在释放到细胞外环境也会影响邻近细胞。淋巴细胞受多种受体与可溶性和细胞结合蛋白相互作用的调节。然而，来自免疫细胞的小代谢物在某些组织中也很丰富，许多可能具有尚未了解的信号潜力。越来越多的研究涉及不同免疫细胞在不同分化和激活阶段产生和消耗的代谢产物的流量。在这里，作者假设水溶性代谢物可以作为环境线索，并介导免疫细胞之间的相互作用。
代谢物和神经递质GABA是由活化的B细胞和浆细胞合成和分泌的候选信号分子。成像质谱（IMS）证实了同侧淋巴结中GABA和B细胞室的共定位。实验发现类风湿性关节炎患者的血浆GABA水平与疾病活动评分和自身抗体滴度呈正相关，这表明GABA是人类B细胞活化的指标。
使用经典的足垫免疫法，对产生稳态和激活的淋巴结的水溶性代谢物进行非靶向分析。主成分分析显示，在野生型小鼠中，同侧淋巴结和对侧淋巴结之间存在强烈的代谢转移。对同侧淋巴结和对侧淋巴结之间丰度显著不同的约200种代谢物进行的途径分析表明，丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸途径是区分静息和激活免疫位点的最强代谢特征，嘌呤和嘧啶代谢以及三羧酸（TCA）循环也与免疫激活密切相关。此外，实验通过对缺乏T细胞、B细胞或所有成熟T细胞和B细胞的免疫缺陷小鼠的活化和静息淋巴结进行代谢组分析，评估了主要淋巴细胞谱系对代谢景观的贡献，表明淋巴细胞活化是导致急性炎症模型代谢改变的主要因素。
先前的研究表明神经递质GABA以B细胞依赖性方式在倍数变化和P值方面上调，而实验发现在来自B细胞缺陷小鼠或Rag1/小鼠的淋巴结中检测到的GABA非常少，表明GABA是一种标志性的B细胞代谢物。同时，作者也通过随机森林算法分析证实这一点。
图1：免疫淋巴结的代谢重塑和 B 细胞依赖性 GABA 产生
GABA是调节神经元间通讯的主要抑制性神经递质。尽管GABA前体谷氨酰胺和谷氨酸在B细胞和骨髓细胞中含量丰富，但B细胞的特征是GABA在静息（对侧）或激活（同侧）腘窝淋巴结中富集。来自骨髓、脾脏、淋巴集结的B细胞和来自小肠固有层的IgA+浆细胞的特征还在于GABA水平升高。此外，在来自小鼠淋巴结或外周血的淋巴细胞的非靶向MS分析中，GABA和其他谷氨酸代谢成分在B细胞中相对更丰富。
接下来，在存在13C5，15N2-标记的谷氨酰胺的情况下体外激活B细胞，并参照刺激的T细胞在细胞裂解液或上清液中追踪谷氨酰胺分解代谢和标记代谢物的分布。然而，标记的细胞内GABA的丰度几乎完全在B细胞中以时间依赖性方式增加。刺激72小时后，在B细胞培养基中也检测到标记的谷氨酰胺衍生的GABA，表明GABA也从细胞中释放出来。B细胞激活的其他模式，包括通过脂多糖（LPS）刺激Toll样受体（TLR）或将B细胞抗原受体（BCR）与单独的抗IgM抗体交联，也诱导GABA的产生和分泌，尽管程度较小。同时，人类扁桃体或血B细胞的各种刺激模式也促进了谷氨酰胺向GABA的转化，并增加了源自标记谷氨酰胺的细胞内和分泌GABA的水平。扁桃体的IMS分析证实了B细胞卵泡中的高谷氨酰胺和GABA水平。体内和体外抗原暴露淋巴细胞的代谢特征表明，活跃的谷氨酰胺和谷氨酸代谢有助于小鼠和人类B细胞中GABA的产生和分泌。
图2：小鼠和人类的B细胞合成并分泌GABA
作者接下来讨论了GABA对细胞免疫反应的影响，使用MC38结肠癌模型，其中B细胞已被证明通过抗原非特异性机制抑制抗肿瘤T细胞反应。实验证实突变型小鼠比野生型对应物可更好地控制肿瘤生长。然而，与接受安慰剂的小鼠相比，植入缓释GABA颗粒导致突变型小鼠肿瘤生长显著增加。突变型小鼠肿瘤组织富含具有增强细胞毒性和炎症特性的浸润性CD8+ T细胞，这在具有GABA植入物的突变型小鼠中受到抑制。这种表型通过基因表达分析得到证实，显示肿瘤坏死因子（TNF）靶基因转录物的上调表征了来自突变型小鼠的CD8+ T细胞，并且通过外源性GABA处理显著减少。外源性GABA没有改变野生型小鼠的肿瘤生长，表明内源性GABA的产生使系统饱和，额外的GABA不能进一步阻碍T细胞反应。然而，一种原型GABAA受体拮抗剂苦味素限制了肿瘤生长并增强了WT小鼠中肿瘤浸润CD8+ T细胞的细胞毒活性。总之，这些结果表明GABA或GABAA信号传导的减少增强了细胞毒性T细胞反应和抗肿瘤免疫，而GABA的分泌使宿主对允许肿瘤生长的免疫耐受产生了条件。
图3：B细胞通过GABA限制抗肿瘤反应
已知肿瘤相关巨噬细胞（TAM）可抑制抗肿瘤免疫反应。在MC38肿瘤模型中，巨噬细胞耗竭显著降低了野生型小鼠的肿瘤生长，与之前的研究一致。相反，巨噬细胞的消耗导致野生型小鼠的肿瘤大小增加，表明巨噬细胞在B细胞存在或不存在的情况下具有不同的免疫调节特性。在突变型小鼠中补充GABA增强了与翻译、细胞周期和能量稳态相关的转录本的表达，与来自野生型小鼠的TAM相比，来自突变型小鼠的TAM中的表达下调。相反，GABAA受体激动剂已被证明可以减少抗原呈递细胞产生的炎性细胞因子。这些结果强烈表明GABA影响巨噬细胞生理学的基本过程并促进向抗炎表型的极化。
由于TAM主要来自单核细胞，我们评估了GABA是否影响小鼠和人类单核细胞向巨噬细胞的分化。添加到在中性条件下分化的巨噬细胞中的GABA增加了细胞数量、细胞活力和叶酸受体β（FRβ）的表达，这是抗炎巨噬细胞的特征。与细胞周期和叶酸代谢相关的基因转录物被GABA上调转录组和蛋白质组分析确定了一个独特的GABAM-0特征，其特征在于激活与能量代谢相关的途径，如OXPHOS和PPAR信号传导以及与神经炎症和一氧化氮和ROS产生相关的途径下调。
与GABA一样，IL-10也被证明通过促进OXPHOS25的代谢重编程引发抗炎巨噬细胞，大多数细胞因子、细胞因子受体和主要组织相容性复合体（MHC）呈递途径分子的转录物被GABA预处理下调，而IL-10和OXPHOS转录物显著上调。实时PCR和生物能谱分析证实GABA和IL-10的组合增加了IL-10转录并增强了线粒体呼吸，表明产生了具有抗炎特性的巨噬细胞。事实上，在共培养试验中，用GABA或B细胞调节的M-IL-10细胞显著抑制了CD8+ T细胞的活化。在体内，与不接受细胞或M-IL-10细胞的对照相比，GABAM-IL-10细胞的转移促进了MC38肿瘤的生长。
作者接下来假设是否存在GABA信号在TNF信号通路上的特定收敛。在用TNF或IL-1β刺激以NF-κB活化之前，从MC38肿瘤分离的单核细胞在GABA存在下在体外分化。GABA大大降低了由TNF诱导的总p65的核定位，同时仅部分减弱了其由IL-1β诱导的易位。总之，这些结果表明GABA促进具有抗炎特性的巨噬细胞的分化、扩增和存活。
图4：B细胞衍生的GABA分化抗炎巨噬细胞，促进肿瘤生长
综上所述，本文确定代谢物和神经递质GABA是由活化的B细胞和浆细胞合成和分泌的候选信号分子，B细胞衍生的GABA促进单核细胞分化为分泌IL-10并抑制CD8+ T细胞杀伤功能的抗炎巨噬细胞。在小鼠中，GABA生成酶的B细胞缺陷或B细胞特异性失活可增强抗肿瘤反应。除了细胞因子和膜蛋白外，来自B系细胞的小代谢物还具有免疫调节功能，可能是微调免疫反应的药物靶点。
教授介绍
Sidonia Fagarasan是 RIKEN 综合医学科学中心粘膜免疫实验室的团队负责人。Sidonia Fagarasan于1990年在IuliuHatieganu医药大学完成了临床医学培训。她在克卢日纳波卡医药大学的微生物学、生物化学和血液学临床实验室做过住院医师和专业，并被任命为助理1995年担任教授。正是在罗马尼亚的这个临床时期，Fagarasan博士对控制肠道免疫稳态的机制产生了兴趣。1998年，Fagarasan博士被邀请到日本作为Mombusho访问研究员，并于2000年获得京都大学医学院的博士学位。她的研究活动包括研究免疫系统对肠道微生物群多样性、结构和恢复力的影响。 2013 年，她因解释消化道微生物与免疫功能之间关系的工作而获得了文部科学省（MEXT）颁发的国家科技政策研究所（NISTEP）奖。她曾在许多备受推崇的期刊上发表文章，如Science、Immunity、Nature、Cell 和 Proceedings ofthe National Academy of Sciences。
参考文献
Zhang, B.,Vogelzang, A., Miyajima, M. et al. B cell-derived GABA elicits IL-10+macrophages to limit anti-tumour immunity. Nature (2021).