用多细胞模型观察细胞因子的不同作用

罗氏(Roche)位于瑞士和德国的团队,在 Frontiers in Cell and Developmental Biology 报告了一种含免疫细胞的结直肠癌复合类器官应用。模型将患者来源肿瘤类器官、与肿瘤同源的癌相关成纤维细胞,以及异体外周血单个核细胞组合在胶原基质中。

研究关注干扰素 γ(interferon gamma,IFNγ)及靶向其受体的候选分子。IFNγ 能诱导免疫相关变化,同时也会增强部分免疫抑制反馈;多细胞模型用于比较这些作用发生在哪类细胞,以及组织增殖、趋化和免疫标志如何同时变化。

模型规模和细胞组成影响检测条件

研究沿用已有的三维共培养平台,并比较不同体积的构建物。较大的构建物虽然增加组织总量,却出现更明显的坏死核心和成纤维细胞形态变化,因此后续实验采用较小的基线体系,以维持适合评价基质及免疫响应的组织状态。

成像显示,肿瘤上皮结构被成纤维细胞网络包围,免疫细胞能够进入肿瘤较密集区域,但更多分布在基质丰富处。来自 6 位患者的模型接受单细胞测序,检出肿瘤细胞、成纤维细胞以及多种淋巴和髓系细胞。

这里的肿瘤与成纤维细胞来自同一患者,免疫细胞则为异体来源。这样的配置有利于研究细胞间相互作用,也可能带来基线免疫反应;体系尚未包含功能性血管,免疫迁移和药物递送仍不能完整对应体内过程。

IFNγ 同时增强趋化与免疫抑制标志

IFNγ 处理后,模型组织面积和 Ki67 阳性比例下降,培养液中的 CXCL10 分泌增加。不同患者来源模型的响应幅度不同;在迁移实验中,处理组提高了 CD8 阳性 T 细胞向下室的迁移。

细胞因子检测还观察到多种促炎介质变化。其中 IL-6 虽总体升高,却没有达到统计学显著。组织染色显示,MHC-I 和 PD-L1 均增加,并以基质区域的变化较明显。

单细胞分析将这些变化进一步分配到细胞类型。成纤维细胞对 IFNγ 的整体转录响应最强,表现为肌成纤维细胞相关特征减弱、抗原呈递相关特征增强;MHC-II 相关基因的增加还获得了蛋白染色支持。研究未直接验证这些细胞对特定抗原的呈递功能。

结直肠癌免疫组装体的单细胞分析及成纤维细胞相关结果。

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IFN-γ 处理后,各细胞群的表达变化及成纤维细胞反应。(Nina Maenhoudt, Mechthild Lütge, Melanie Obenloch et al. / Frontiers in Cell and Developmental Biology, 2026, Figure 3;CC BY 4.0)

靶向分子较少诱导 PD-L1,其他效应也有所减弱

团队评价了以成纤维细胞活化蛋白(fibroblast activation protein,FAP)为定位对象的 IFNγ 受体激动剂。设计目标是将受体激活更多集中于肿瘤基质,并减弱广泛 IFNγ 暴露带来的部分反应。

与重组 IFNγ 相比,靶向分子仍可诱导 CXCL10,但整体活性较弱,也较少诱导 PD-L1。其 Ki67 降低和 CD8 阳性 T 细胞迁移增加主要表现为趋势,在所测条件下部分比较未达到统计学显著。

因此,模型检测到的是一组需要一起权衡的变化:趋化信号、组织增殖、免疫抑制标志以及细胞类型特异性反应。降低 PD-L1 诱导的同时,其他功能效应也减弱;现有数据尚未确定何种减弱程度对应最佳药效平衡。

不同终点使用不同患者子集

论文中的 6 位患者对应模型单细胞组成分析;组织面积比较为 3 位患者,Ki67 与多项细胞因子比较为 4 位患者,部分靶向分子比较使用 3–4 位患者来源模型。不同检测采用的患者子集各自构成结果范围。

这项工作提供了用人源多细胞体系比较细胞因子药理作用的实例。它特别揭示了基质的响应和功能终点之间的差异;T 细胞迁移、细胞活化与直接肿瘤杀伤属于不同问题,本文主要评价前两类相关变化。

来源与延伸阅读

  1. Evaluating cytokine-based therapeutics in human 3D in vitro immune-containing assembloids ↗