C-X-C趋化因子受体CXCR4调节肿瘤微环境中CD8+ T细胞的日间聚集与分散过程

《International Journal of Cancer》：C-X-C chemokine receptor CXCR4 mediates diurnal changes in the aggregation and dispersion of CD8+ T cells within the tumor microenvironment

　　昼夜节律调控CD8+ T细胞在肿瘤微环境中的分布，CXCR4介导的免疫逃逸及SMAD信号通路的关键作用，联合CXCR4抑制剂与PD-L1抗体可增强免疫检查点抑制剂疗效。

　　免疫检查点抑制剂（ICIs）在多种癌症治疗中得到了广泛应用，但其疗效在不同患者之间存在显著差异。一些患者对这些药物表现出耐药性，而另一些患者则能获得良好的治疗效果。为了更好地理解这种差异，科学家们开始关注免疫细胞在肿瘤微环境（TME）中的空间分布情况，以及其是否受到昼夜节律的影响。本文的研究揭示了CD8+ T细胞在肿瘤微环境中的分布存在时间依赖性，并且与CXCR4的昼夜表达模式密切相关。这一发现为改善免疫检查点抑制剂的疗效提供了新的思路。

### 昼夜节律对免疫细胞分布的影响

免疫系统的许多功能都受到昼夜节律的调控。昼夜节律不仅影响免疫细胞的活动水平，还可能通过调控细胞迁移和定位，对肿瘤免疫反应产生重要影响。研究表明，免疫细胞的迁移行为在肿瘤中的分布受到昼夜节律的调控。例如，在肿瘤形成过程中，CD8+ T细胞在某些时间段更倾向于聚集在特定区域，而其他时间段则分散在整个肿瘤组织中。这种变化可能与CXCR4的表达模式有关，因为CXCR4是调控T细胞迁移的重要受体。

在小鼠模型中，研究人员发现CD8+ T细胞在肿瘤中的分布存在显著的昼夜变化。在黑暗阶段，这些细胞更倾向于聚集在肿瘤微环境中高密度的癌相关成纤维细胞（CAFs）区域，而在光亮阶段则更分散。这种现象可能与CXCR4的昼夜表达有关。当CXCR4表达水平较高时，CD8+ T细胞更容易向表达CXCL12的CAFs区域迁移。CXCL12是CXCR4的配体，它在肿瘤微环境中起着引导T细胞迁移的作用。因此，CD8+ T细胞的昼夜聚集和分散可能与CXCR4的表达水平密切相关。

此外，研究还发现，CD8+ T细胞在肿瘤中的分布不仅受到CXCR4的影响，还可能受到TGF-β-SMAD信号通路的调控。TGF-β-SMAD信号通路在调节CD8+ T细胞功能方面起着重要作用，尤其是在抑制其细胞毒性方面。然而，该信号通路的活性也存在时间依赖性，且可能受到SMAD7的调控。SMAD7是一种能够抑制TGF-β信号的负调节因子，其表达水平在CD8+ T细胞中存在昼夜波动，并且与SMAD2/SMAD3的磷酸化水平呈现反相变化。这种反相的昼夜节律可能有助于调控CXCR4的表达，从而影响CD8+ T细胞的迁移和定位。

### 研究方法

为了探究CD8+ T细胞在肿瘤中的昼夜分布，研究人员使用了多种实验方法。首先，他们对肿瘤组织和脾脏中的CD8+ T细胞进行了免疫组化分析，观察其在不同时间点的分布情况。接着，他们通过流式细胞术分析了CD8+ T细胞的CXCR4表达水平，并利用迁移实验评估了CXCR4在T细胞迁移中的作用。此外，研究人员还重新分析了来自非小细胞肺癌（NSCLC）患者的单细胞RNA测序数据，以确认CD8+ T细胞在肿瘤中的分布模式是否在人类中也存在。

在细胞实验中，研究人员使用了LLC1（小鼠Lewis肺癌细胞）作为肿瘤模型，模拟了CD8+ T细胞在肿瘤中的分布变化。通过将细胞接种在小鼠体内，并在不同时间点（如ZT0、ZT6、ZT12和ZT18）收集肿瘤组织，他们观察到CD8+ T细胞的分布确实存在昼夜节律。此外，研究人员还进行了染色质免疫沉淀（ChIP）实验，以确认SMAD2/SMAD3是否与CXCR4基因的启动子区域结合，并通过报告基因实验验证了TGF-β对CXCR4表达的调控作用。

### 研究结果

研究结果表明，CD8+ T细胞在肿瘤中的分布受到CXCR4表达水平的调控，而CXCR4的表达又受到TGF-β-SMAD信号通路的影响。在黑暗阶段，CXCR4的表达水平较高，导致CD8+ T细胞更倾向于向CAFs高密度区域迁移。这种迁移行为可能使得CD8+ T细胞远离肿瘤细胞，从而影响其对肿瘤的攻击能力。因此，CD8+ T细胞的聚集和分散可能与肿瘤免疫逃逸有关。

进一步的研究发现，TGF-β的激活可以增强CXCR4的表达，并且这种增强作用在CD8+ T细胞中具有时间依赖性。在黑暗阶段，TGF-β的信号通路被激活，导致SMAD2/SMAD3的磷酸化水平升高，进而促进CXCR4的表达。然而，SMAD7的表达则呈现出与SMAD2/SMAD3相反的昼夜节律。SMAD7可以抑制TGF-β信号，从而减少CXCR4的表达。这种时间依赖性的调控机制可能解释了CD8+ T细胞在肿瘤中的分布变化。

在药物干预实验中，研究人员使用了CXCR4抑制剂AMD3100，并在不同时间点（如ZT4和ZT16）进行给药。结果表明，当AMD3100在CXCR4表达高峰期给药时，CD8+ T细胞能够从CAFs高密度区域分散到整个肿瘤组织中，从而提高免疫检查点抑制剂的疗效。这种时间依赖性的药物干预策略可能为优化免疫治疗提供了新的方向。

### 临床意义与挑战

尽管研究结果在小鼠模型中得到了验证，但将这些发现应用于人类癌症治疗仍面临诸多挑战。首先，人类和小鼠的昼夜节律存在差异，这可能影响CD8+ T细胞的分布模式。因此，需要进一步研究人类CD8+ T细胞在肿瘤中的昼夜分布是否与小鼠模型相似。其次，肿瘤微环境的复杂性使得CD8+ T细胞的分布受到多种因素的影响，包括细胞因子、受体表达以及细胞间的相互作用。因此，如何在实际临床环境中精准调控这些因素，仍然是一个重要的研究方向。

此外，研究还指出，TGF-β信号通路可能在促进肿瘤免疫逃逸方面起着关键作用。TGF-β可以诱导正常成纤维细胞转化为CAFs，并促进这些细胞产生更多的免疫抑制因子，如CXCL12。因此，抑制TGF-β信号可能有助于提高CD8+ T细胞的活性，并增强其对肿瘤的攻击能力。然而，TGF-β信号通路在免疫系统中也具有重要的调节作用，因此在抑制该通路时需要权衡其对正常免疫功能的影响。

### 未来研究方向

为了进一步验证这些发现的临床适用性，未来的研究需要结合人类肿瘤样本和动物模型，探讨CD8+ T细胞在肿瘤中的昼夜分布模式。此外，还需要研究其他可能影响CD8+ T细胞分布的因素，如细胞因子、代谢变化以及免疫细胞间的相互作用。同时，开发基于昼夜节律的个性化治疗方案，可能成为提高免疫检查点抑制剂疗效的重要策略。

总之，这项研究揭示了免疫细胞在肿瘤微环境中的分布与昼夜节律之间的密切关系，并提出了通过调控CXCR4表达和TGF-β信号通路来优化免疫治疗的潜在方法。未来的研究需要进一步探索这些机制在人类中的适用性，并开发更精准的治疗策略，以提高免疫检查点抑制剂的疗效，减少耐药性的发生。