Nature | IL-10+巨噬細胞限制抗腫瘤免疫由B細胞引發
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撰文：榴蓮不酥
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本文確定了B細胞衍生的GABA可促進單核細胞分化為分泌IL-10并抑制CD8+T細胞殺傷功能的抗炎巨噬細胞，并在小鼠體內實驗中發現GABA生成酶的B細胞缺陷或B細胞特異性失活可增強抗腫瘤反應。實驗重點表明，來自B細胞的小代謝物還具有免疫調節功能，可能是微調免疫反應的藥物靶點。
2021年9月28日，在Nature雜志上發表了一篇名為“B cell-derived GABA elicits IL-10+?macrophages to limit anti-tumour immunity”的文章，描述B細胞衍生的GABA如何引發IL-10+巨噬細胞以限制抗腫瘤免疫。在這里，該團推通過從B細胞合成并分泌GABA，B細胞通過GABA限制細胞毒性T細胞，GABA引發抗炎TAM和GABA調節巨噬細胞等反面展開深入研究，探討復雜的抗腫瘤免疫機制。
小的可溶性代謝物不僅是細胞內生化過程中必不可少的中間產物，而且在釋放到細胞外環境也會影響鄰近細胞。淋巴細胞受多種受體與可溶性和細胞結合蛋白相互作用的調節。然而，來自免疫細胞的小代謝物在某些組織中也很豐富，許多可能具有尚未了解的信號潛力。越來越多的研究涉及不同免疫細胞在不同分化和激活階段產生和消耗的代謝產物的流量。在這里，作者假設水溶性代謝物可以作為環境線索，并介導免疫細胞之間的相互作用。
代謝物和神經遞質GABA是由活化的B細胞和漿細胞合成和分泌的候選信號分子。成像質譜（IMS）證實了同側淋巴結中GABA和B細胞室的共定位。實驗發現類風濕性關節炎患者的血漿GABA水平與疾病活動評分和自身抗體滴度呈正相關，這表明GABA是人類B細胞活化的指標。
使用經典的足墊免疫法，對產生穩態和激活的淋巴結的水溶性代謝物進行非靶向分析。主成分分析顯示，在野生型小鼠中，同側淋巴結和對側淋巴結之間存在強烈的代謝轉移。對同側淋巴結和對側淋巴結之間豐度顯著不同的約200種代謝物進行的途徑分析表明，丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸途徑是區分靜息和激活免疫位點的最強代謝特征，嘌呤和嘧啶代謝以及三羧酸（TCA）循環也與免疫激活密切相關。此外，實驗通過對缺乏T細胞、B細胞或所有成熟T細胞和B細胞的免疫缺陷小鼠的活化和靜息淋巴結進行代謝組分析，評估了主要淋巴細胞譜系對代謝景觀的貢獻，表明淋巴細胞活化是導致急性炎癥模型代謝改變的主要因素。
先前的研究表明神經遞質GABA以B細胞依賴性方式在倍數變化和P值方面上調，而實驗發現在來自B細胞缺陷小鼠或Rag1/小鼠的淋巴結中檢測到的GABA非常少，表明GABA是一種標志性的B細胞代謝物。同時，作者也通過隨機森林算法分析證實這一點。
圖1：免疫淋巴結的代謝重塑和?B?細胞依賴性?GABA?產生
GABA是調節神經元間通訊的主要抑制性神經遞質。盡管GABA前體谷氨酰胺和谷氨酸在B細胞和骨髓細胞中含量豐富，但B細胞的特征是GABA在靜息（對側）或激活（同側）腘窩淋巴結中富集。來自骨髓、脾臟、淋巴集結的B細胞和來自小腸固有層的IgA+漿細胞的特征還在于GABA水平升高。此外，在來自小鼠淋巴結或外周血的淋巴細胞的非靶向MS分析中，GABA和其他谷氨酸代謝成分在B細胞中相對更豐富。
接下來，在存在13C5，15N2-標記的谷氨酰胺的情況下體外激活B細胞，并參照刺激的T細胞在細胞裂解液或上清液中追蹤谷氨酰胺分解代謝和標記代謝物的分布。然而，標記的細胞內GABA的豐度幾乎完全在B細胞中以時間依賴性方式增加。刺激72小時后，在B細胞培養基中也檢測到標記的谷氨酰胺衍生的GABA，表明GABA也從細胞中釋放出來。B細胞激活的其他模式，包括通過脂多糖（LPS）刺激Toll樣受體（TLR）或將B細胞抗原受體（BCR）與單獨的抗IgM抗體交聯，也誘導GABA的產生和分泌，盡管程度較小。同時，人類扁桃體或血B細胞的各種刺激模式也促進了谷氨酰胺向GABA的轉化，并增加了源自標記谷氨酰胺的細胞內和分泌GABA的水平。扁桃體的IMS分析證實了B細胞卵泡中的高谷氨酰胺和GABA水平。體內和體外抗原暴露淋巴細胞的代謝特征表明，活躍的谷氨酰胺和谷氨酸代謝有助于小鼠和人類B細胞中GABA的產生和分泌。
圖2：小鼠和人類的B細胞合成并分泌GABA
作者接下來討論了GABA對細胞免疫反應的影響，使用MC38結腸癌模型，其中B細胞已被證明通過抗原非特異性機制抑制抗腫瘤T細胞反應。實驗證實突變型小鼠比野生型對應物可更好地控制腫瘤生長。然而，與接受安慰劑的小鼠相比，植入緩釋GABA顆粒導致突變型小鼠腫瘤生長顯著增加。突變型小鼠腫瘤組織富含具有增強細胞毒性和炎癥特性的浸潤性CD8+?T細胞，這在具有GABA植入物的突變型小鼠中受到抑制。這種表型通過基因表達分析得到證實，顯示腫瘤壞死因子（TNF）靶基因轉錄物的上調表征了來自突變型小鼠的CD8+?T細胞，并且通過外源性GABA處理顯著減少。外源性GABA沒有改變野生型小鼠的腫瘤生長，表明內源性GABA的產生使系統飽和，額外的GABA不能進一步阻礙T細胞反應。然而，一種原型GABAA受體拮抗劑苦味素限制了腫瘤生長并增強了WT小鼠中腫瘤浸潤CD8+?T細胞的細胞毒活性。總之，這些結果表明GABA或GABAA信號傳導的減少增強了細胞毒性T細胞反應和抗腫瘤免疫，而GABA的分泌使宿主對允許腫瘤生長的免疫耐受產生了條件。
圖3：B細胞通過GABA限制抗腫瘤反應
已知腫瘤相關巨噬細胞（TAM）可抑制抗腫瘤免疫反應。在MC38腫瘤模型中，巨噬細胞耗竭顯著降低了野生型小鼠的腫瘤生長，與之前的研究一致。相反，巨噬細胞的消耗導致野生型小鼠的腫瘤大小增加，表明巨噬細胞在B細胞存在或不存在的情況下具有不同的免疫調節特性。在突變型小鼠中補充GABA增強了與翻譯、細胞周期和能量穩態相關的轉錄本的表達，與來自野生型小鼠的TAM相比，來自突變型小鼠的TAM中的表達下調。相反，GABAA受體激動劑已被證明可以減少抗原呈遞細胞產生的炎性細胞因子。這些結果強烈表明GABA影響巨噬細胞生理學的基本過程并促進向抗炎表型的極化。
由于TAM主要來自單核細胞，我們評估了GABA是否影響小鼠和人類單核細胞向巨噬細胞的分化。添加到在中性條件下分化的巨噬細胞中的GABA增加了細胞數量、細胞活力和葉酸受體β（FRβ）的表達，這是抗炎巨噬細胞的特征。與細胞周期和葉酸代謝相關的基因轉錄物被GABA上調轉錄組和蛋白質組分析確定了一個獨特的GABAM-0特征，其特征在于激活與能量代謝相關的途徑，如OXPHOS和PPAR信號傳導以及與神經炎癥和一氧化氮和ROS產生相關的途徑下調。
與GABA一樣，IL-10也被證明通過促進OXPHOS25的代謝重編程引發抗炎巨噬細胞，大多數細胞因子、細胞因子受體和主要組織相容性復合體（MHC）呈遞途徑分子的轉錄物被GABA預處理下調，而IL-10和OXPHOS轉錄物顯著上調。實時PCR和生物能譜分析證實GABA和IL-10的組合增加了IL-10轉錄并增強了線粒體呼吸，表明產生了具有抗炎特性的巨噬細胞。事實上，在共培養試驗中，用GABA或B細胞調節的M-IL-10細胞顯著抑制了CD8+?T細胞的活化。在體內，與不接受細胞或M-IL-10細胞的對照相比，GABAM-IL-10細胞的轉移促進了MC38腫瘤的生長。
作者接下來假設是否存在GABA信號在TNF信號通路上的特定收斂。在用TNF或IL-1β刺激以NF-κB活化之前，從MC38腫瘤分離的單核細胞在GABA存在下在體外分化。GABA大大降低了由TNF誘導的總p65的核定位，同時僅部分減弱了其由IL-1β誘導的易位。總之，這些結果表明GABA促進具有抗炎特性的巨噬細胞的分化、擴增和存活。
圖4：B細胞衍生的GABA分化抗炎巨噬細胞，促進腫瘤生長
綜上所述，本文確定代謝物和神經遞質GABA是由活化的B細胞和漿細胞合成和分泌的候選信號分子，B細胞衍生的GABA促進單核細胞分化為分泌IL-10并抑制CD8+?T細胞殺傷功能的抗炎巨噬細胞。在小鼠中，GABA生成酶的B細胞缺陷或B細胞特異性失活可增強抗腫瘤反應。除了細胞因子和膜蛋白外，來自B系細胞的小代謝物還具有免疫調節功能，可能是微調免疫反應的藥物靶點。
教授介紹
Sidonia Fagarasan是?RIKEN?綜合醫學科學中心粘膜免疫實驗室的團隊負責人。Sidonia Fagarasan于1990年在IuliuHatieganu醫藥大學完成了臨床醫學培訓。她在克盧日納波卡醫藥大學的微生物學、生物化學和血液學臨床實驗室做過住院醫師和專業，并被任命為助理1995年擔任教授。正是在羅馬尼亞的這個臨床時期，Fagarasan博士對控制腸道免疫穩態的機制產生了興趣。1998年，Fagarasan博士被邀請到日本作為Mombusho訪問研究員，并于2000年獲得京都大學醫學院的博士學位。她的研究活動包括研究免疫系統對腸道微生物群多樣性、結構和恢復力的影響。?2013?年，她因解釋消化道微生物與免疫功能之間關系的工作而獲得了文部科學省（MEXT）頒發的國家科技政策研究所（NISTEP）獎。她曾在許多備受推崇的期刊上發表文章，如Science、Immunity、Nature、Cell?和?Proceedings ofthe National Academy of Sciences。
參考文獻
Zhang, B.,Vogelzang, A., Miyajima, M. et al. B cell-derived GABA elicits IL-10+macrophages to limit anti-tumour immunity. Nature (2021).
