腫瘤誘導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，免疫檢查點療法（ICT）在一些癌癥的臨床治療中有很好的效果，其通過靶向細胞毒性T淋巴細胞相關抗原4(CTLA-4)和程序性細胞死亡蛋白1(PD-1)來逆轉(zhuǎn)T細胞的免疫抑制。但是仍有大約70%的癌癥患者對ICT不敏感，因此，尋找有效的ICT靶點是非常必要的。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，其中主要途徑是通過神經(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，然而其中的機制仍不清楚。

2022年8月4日，中國科學技術(shù)大學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)促進腫瘤相關的骨髓生成和免疫抑制及其機制。研究發(fā)現(xiàn)阿黑皮素原（POMC）經(jīng)切割會產(chǎn)生α促黑激素（α-MSH），α-MSH則通過相應的受體MC1R—MC5R發(fā)揮生物學功能。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，MC5R與α-MSH促進腫瘤發(fā)展密切相關，并提示MC5R是癌癥免疫治療非常有前景的一個靶點。值得注意的是，漢恒生物提供的腺相關病毒HBAAV2/9-Hspa9 shPOMC-GFP成功敲低了小鼠垂體中的POMC，為作者闡明相關機制提供了有力的病毒載體工具。

下面我們一起來看看作者是如何探索其中的機制：

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了垂體激素的水平變化，皮下移植的細胞系包括免疫檢查點療法耐藥的細胞系（LLC肺癌細胞和GMCSF過表達的B16F10黑色素瘤細胞）和免疫檢查點療法敏感的細胞系（MC38結(jié)腸癌細胞系和MCA205纖維肉瘤細胞）。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（圖1 C）。相比于對照組小鼠，荷瘤小鼠的垂體中葉中POMC表達增加（圖1 D，F(xiàn)）。同時發(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，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垂體產(chǎn)生α-MSH。

圖1. 荷瘤小鼠促進下丘腦的激活和垂體源性α-MSH的產(chǎn)生

接著，作者探討了垂體來源的α-MSH在腫瘤生長中的作用。研究發(fā)現(xiàn)，抑制垂體中POMC的表達對荷瘤小鼠沒有明顯的毒性，并且抑制了LLC腫瘤的生長，同時增強了腫瘤中CD8+T、CD4+T、NK和NKT細胞的浸潤，IFN-γ也在這些免疫細胞中表達上調(diào)（圖2 A-D）。然而，補充α-MSH逆轉(zhuǎn)了POMC的表達抑制對腫瘤生長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細胞，結(jié)果發(fā)現(xiàn)也消除了敲低POMC對腫瘤生長抑制的作用（圖2 E）。結(jié)果說明，抑制垂體中POMC的表達可通過增強抗腫瘤免疫來抑制腫瘤生長。

為了研究抑制POMC后如何增強抗腫瘤免疫，作者分析了LLC腫瘤中的腫瘤相關髓樣細胞（TAMCs）的情況。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，抑制POMC顯著減少了腫瘤相關巨噬細胞（TAMs）、多核型骨髓源性抑制細胞（PMN-MDSCs）、單核MDSCs（M-MDSCs）和樹突狀細胞（DC）的聚集（圖2 F）。同樣，外源性補充α-MSH抵抗了POMC抑制所導致的荷瘤小鼠中TAMCs的擴增和骨髓生成受損（圖2 F，G）。上述結(jié)果表明，垂體產(chǎn)生的α-MSH可促進腫瘤誘導的骨髓生成。作者還進一步研究了TAMCs是否有助于POMC抑制誘導的腫瘤生長抑制。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在LLC腫瘤中耗盡MDSCs可延緩腫瘤的生長，而與耗盡TAMs無關，說明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)合增強腫瘤抑制和抗腫瘤免疫。在MC38腫瘤中，TAMs和MDSCs均能導致免疫抑制，當二者被耗盡時，也不能增強POMC下調(diào)所導致的MC38腫瘤生長抑制和抗腫瘤免疫（圖2 I）。以上結(jié)果表明，垂體來源的α-MSH可能通過骨髓生成來抑制抗腫瘤免疫。

圖2. α-MSH在腫瘤誘導的骨髓生成和免疫抑制中的作用

緊接著，作者探究了α-MSH促進骨髓生成的機制。通過檢測介導α-MSH發(fā)揮功能的MC1R至MC5R，發(fā)現(xiàn)只有MC5R在Lin-BM骨髓細胞中高表達，尤其是小鼠骨髓造血干細胞（Lin? cKit+ Sca1+?(LSK)細胞）（圖3 A，B）。因此，認為MC5R與α-MSH促骨髓生成密切相關。為進一步驗證這一結(jié)果，建立了MC5R-/-小鼠模型。結(jié)果顯示，MC5R-/-小鼠中，移植LLC誘導LSK細胞增殖和髓系祖細胞CMPS、GMPs的擴增被抑制，TAMCs的聚集減少（圖3 C，D）?？梢奙C5R在腫瘤誘導的骨髓生成中是必需的。與對照組小鼠相比，MC5R-/-小鼠的LLC、MCA205、MC38或B16F10-GMCSF腫瘤的生長顯著減少，并增強了抗腫瘤免疫（圖3 E-I）。MC5Rfl/flVavcre小鼠的實驗結(jié)果與MC5R-/-小鼠模型相似（圖3 J）。此外，作者還發(fā)現(xiàn)當耗盡T細胞或骨髓間充質(zhì)干細胞，可逆轉(zhuǎn)MC5R-/-小鼠對腫瘤的抑制（圖3 K，L）。綜上所述，α-MSH通過MC5R促進腫瘤誘導的骨髓生成和免疫抑制。

圖3. MC5R在腫瘤誘導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，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（圖4 A-C），增強了抗腫瘤免疫，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。

髓系細胞在限制ICT的療效中起主要作用。因此作者進一步研究了抑制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特異性拮抗劑對腫瘤的抑制作用要比二者單獨使用要強得多（圖4 H-J）。另外，當耗盡MDSCs時，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（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性。結(jié)果顯示，MC5R在人外周血單核細胞（PBMC）的造血干細胞中高表達（圖5 A）。非小細胞肺癌（NSCLC）患者血清中α-MSH的水平顯著高于健康對照組，并且與PBMC中PMN-MDSCs或M-MDSCs的百分比呈正相關（圖5 B-D）。頭頸癌（HNC）患者的檢測結(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無關（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。

圖5. 癌癥患者血清α-MSH濃度與外周血MDSCs百分比的相關性

綜上所述，荷瘤小鼠可促進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細胞，通過激活MC5R信號促進骨髓生成和TAMC擴增。而MC5R特異性拮抗劑可以逆轉(zhuǎn)腫瘤誘導的免疫抑制，且聯(lián)合抗PD-1治療時，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)分泌途徑促進腫瘤誘導的骨髓生成和免疫抑制的機制，并發(fā)現(xiàn)MC5R是有效的癌癥免疫治療靶點，尤其是對ICT耐藥的癌癥。