华西医院马学磊团队：抑制性免疫微环境在心脏粘液瘤进展中的关键作用

2024年8月2日，四川大学华西医院马学磊团队在期刊《Signal Transduction and Targeted Therapy》上发表了题为“Revealing the crucial roles of suppressive immune microenvironment in cardiac myxoma progression”的研究论文。本研究发现并定义了粘液瘤细胞，这些细胞表现出与其他细胞不同的基因表达谱，其特征是磷酸二酯酶和与细胞增殖、分化和粘附相关的基因表达增加。

https://www.nature.com/articles/s41392-024-01912-2

研究背景

01

心肌粘液瘤是最普遍的心脏肿瘤类型，由于增殖速度慢且缺乏转移，通常被认为是良性的。尽管心脏粘液瘤具有良性性质，但其在心脏内的战略位置及其固有的病理特征，通常会导致严重的临床表现。患者经常出现栓塞并发症，即肿瘤碎片或血栓脱落并通过血流流动，导致严重且有时危及生命的疾病，例如中风、全身性栓塞或重要器官梗塞。目前，手术切除仍然是心肌粘液瘤患者唯一可用的治疗选择。该手术涉及从心脏中完全切除肿瘤，通常需要进行开胸手术，虽然有效，但具有固有的风险。潜在的术后并发症，如感染、出血和心律失常，会显著影响患者的恢复和生活质量。此外，心源性粘液瘤往往会复发，尤其是在那些有家族病史的个体中。因此，当务之急是全面了解心脏粘液瘤潜在的疾病机制，确定潜在的药物靶点，并开发替代的药物干预措施，以提高其治疗策略的疗效。

研究表明，MEF2D与粘液瘤增殖、浸润和肿瘤大小有关。12MicroRNA在心脏粘液瘤的进展中，也起着重要作用。13miR-335的下调，可导致其靶基因（如RUNX2）的去抑制。这激活了一种修复性间充质干细胞表型，其特征是增殖、迁移和分化能力增强，临床上可导致粘液瘤的形成。10miR-217在心肌粘液瘤患者组织中下调，miR-217过表达抑制原代粘液瘤细胞增殖，促进其凋亡。

在本研究中，团队采用单细胞测序技术，构建了心脏粘液瘤的综合细胞图谱，并解剖了粘液瘤组织内各种细胞群表现出的多样化状态。本研究发现并定义了粘液瘤细胞，这些细胞表现出与其他细胞不同的基因表达谱，其特征是磷酸二酯酶和与细胞增殖、分化和粘附相关的基因表达增加。粘液瘤周围的免疫细胞表现出抑制特性，可能有助于肿瘤逃避免疫的策略。此外，表达PDGFC的M2样巨噬细胞，促进心肌粘液瘤细胞的生长。本研究有助于促进对心脏粘液瘤中不同细胞群之间复杂相互作用的理解，并为进一步的治疗和干预提供了潜在的靶点。

研究进展

02

粘液瘤组织中的巨噬细胞表现出促肿瘤的表型

与供体对照组相比，粘液瘤患者中Mac1、Mac3和Mac7的浸润增加。这些巨噬细胞的标记基因与肿瘤进展密切相关。Mac1的特征是生长因子EREG的表达，促进肿瘤细胞生长。此外，Mac1表达VCAN和OLR1，这是与肿瘤细胞侵袭和免疫逃避相关的基因，以及更高的血管生成评分。Mac3和Mac7是典型的M2样巨噬细胞，具有高吞噬活性评分。以FRMD4A、RBPJ和C3表达升高为特征的Mac3和以ABL2表达增加为特征的Mac7，可能参与粘液瘤肿瘤的增殖、粘附和侵袭。52mIHC染色证实，粘液瘤组织中，存在各种促肿瘤巨噬细胞亚型。与正常组织相比，这些巨噬细胞的浸润比例显著增加。

粘液瘤中巨噬细胞与NFKB1、PDGFC和IL1B的上调，以及ATP5PB、HSPB1和IFI27的下调有关。GSVA结果表明，粘液瘤来源的巨噬细胞在与肿瘤进展相关的多种生物学通路上表现出显著差异，如“细胞对趋化因子的反应”和“Wnt信号通路的正调控”。尽管正常心脏组织中的大多数巨噬细胞表现出M2样表型，但粘液瘤中的巨噬细胞，表现出生长因子表达升高和促肿瘤通路激活。

心脏粘液瘤中的肿瘤促进巨噬细胞。来自7个样本的髓系细胞簇的UMAP 视图。b UMAP图显示所有髓系细胞的组信息。c 树状图显示髓样细胞簇质心的相似性。热图显示了不同样本中每个髓系细胞亚群的比例。d 髓样细胞簇中选定标记物的表达水平和频率。e 小提琴图显示了由AddModuleScore函数评分的巨噬细胞簇中的一些特征。f mIHC染色显示粘液瘤和正常组织中存在促肿瘤的巨噬细胞。比例尺，50μm。g mIHC染色显示粘液瘤和正常组织中的EREG、ABL2和FRMD4A巨噬细胞。比例尺，50μm。条形图显示了每组中表达EREG、ABL2和FRMD4A的巨噬细胞的比例，n = 5。误差线表示均值的标准误差。h 显示粘液瘤和正常巨噬细胞差异基因的散点图。在差异分析中校正p值小于0.05的基因显示在图中。x轴表示两个细胞组之间基因表达比例的差异，而y轴表示两个细胞组之间基因表达均值的倍数差异。i 条形图显示从GSEA方法获得的粘液瘤巨噬细胞中显著上调（橙色）和下调（蓝色）基因集。j 小提琴图显示了粘液瘤和正常组织中巨噬细胞的特征分数。细胞对趋化因子的反应，GO：1990869；Wnt信号通路的正调控，GO：0030177。P < 0.0001

巨噬细胞促进粘液瘤细胞增殖

大量存在于粘液瘤组织中的T细胞，往往与粘液瘤细胞表现出更强的相互作用，且它们之间的通讯，主要涉及MHC-I、TGF-β和趋化因子信号通路。基质细胞和粘液瘤细胞之间，存在广泛的相互作用，包括与细胞连接和粘附相关的信号通路，如JAM、SEMA3和NOTCH通路。

与T细胞相比，巨噬细胞与粘液瘤细胞的相互作用，更为活跃。巨噬细胞分泌的EREG、PDGFC和NAMPT，可能与粘液瘤细胞上的相应受体结合，促进粘液瘤细胞的增殖和存活，其中PDGFC主要在M2样巨噬细胞中表达，而EREG主要在M1样巨噬细胞中表达。另一方面，粘液瘤细胞分泌的ANXA1和ANGPTL4，可能与巨噬细胞上的相应受体（如FRP1和SDC2）结合，促进巨噬细胞的M2样极化。这些发现表明，粘液瘤细胞和巨噬细胞之间的相互作用，可能维持粘液瘤细胞的生长。

团队建立了粘液瘤细胞与巨噬细胞的直接共培养系统，其中，巨噬细胞的存在，显著促进了粘液瘤细胞的生长，更多的细胞进入增殖状态。在共培养系统中加入ANXA1受体拮抗剂HCH6-1后，巨噬细胞介导的粘液瘤细胞增殖，受到抑制。在加入PDGFC受体抑制剂Crenolanib后，共培养系统中粘液瘤细胞的增殖，受到显著抑制。这些结果表明，巨噬细胞和粘液瘤细胞之间的相互作用，可以促进心脏粘液瘤的生长。

巨噬细胞促进了粘液瘤细胞的增殖。a T细胞和粘液瘤细胞之间显著的配体-受体相互作用的数量。b 巨噬细胞和粘液瘤细胞之间显著配体-受体相互作用的数量。箭头的方向表示表达配体的细胞类型，而箭头指向的方向表示表达受体的细胞类型。c 条形图描绘了粘液瘤细胞和巨噬细胞（由不同颜色填充）在不同途径（x轴）中的重要配体-受体相互作用对（y轴）的数量。d 粘液瘤细胞和巨噬细胞之间的代表性配体-受体对。颜色表示配体-受体相互作用的强度，点大小表示相互作用分子对的统计显著性。e 基因的表达投影在巨噬细胞的UMAP图上。f 信息图（使用 BioRender.com 创建）总结了粘液瘤中预测的细胞间相互作用回路。g 粘液瘤细胞和巨噬细胞之间共培养系统的 Incucyte 增殖测定。h 免疫荧光图像显示了粘液瘤细胞在单一培养和共培养系统中不同时间点的增殖。i 比较单一培养和共培养系统中不同时间点处于增殖状态的粘液瘤细胞数量。j 单一培养物和共培养系统中某些因子的分泌水平基于ELISA。误差线表示均值的标准误差。k 添加不同抑制剂后共培养系统中粘液瘤细胞增殖状态的比较。HCH6-1，FPR1拮抗剂。Crenolanib，PDGFR抑制剂。*P < 0.05；P < 0.01；< 0.001

研究结论

03

在本研究中，团队利用单细胞测序技术，揭示了心脏粘液瘤的细胞组成，为了解其形成机制，提供了新的见解。研究数据揭示了心脏粘液瘤中肿瘤细胞的特征，并描绘了其以T细胞功能障碍和丰富的促肿瘤巨噬细胞为特征的免疫抑制微环境。粘液瘤组织中粘液瘤细胞和促肿瘤巨噬细胞的比例，与疾病的严重程度密切相关。

团队捕捉了粘液瘤细胞的综合转录组学特征。粘液瘤中标记基因的丰度与细胞增殖、分化、粘附和迁移等多种生物学过程有关，这些过程与恶性肿瘤的标志性特征具有显著的相似性。与正常成纤维细胞相比，粘液瘤细胞表现出环核苷酸降解代谢的显著激活。具体而言，磷酸二酯酶基因家族（包括PDE3A、PDE1A、PDE7B和PDE10A）的表达明显上调。偏微分方程通过降解cAMP和cGMP来调节心脏功能，cAMP和cGMP是细胞中重要的第二信使。

粘液瘤细胞具有很强的免疫逃避能力，可能会操纵周围的免疫微环境，以促进其生长。粘液瘤附近的CD8+ T细胞表现出功能障碍，其特征是TOX和炎症分子GZMK的高表达。同时，粘液瘤组织中PLA2G2A的广泛上调，可能有助于降低T细胞毒性功能和表达GZMB的能力。团队在粘液瘤中观察到，以与肿瘤进展密切相关的基因为标志的特定巨噬细胞亚型（如EREG、VCAN和PDGFC）的浸润增加。巨噬细胞与粘液瘤细胞在建立微环境上的协同关系，有利于肿瘤生长，尤其是M2样巨噬细胞与粘液瘤细胞之间的双向通讯。巨噬细胞可以促进粘液瘤细胞的生长。

尽管心脏粘液瘤是良性肿瘤，但经常因栓塞而引起灾难性的临床后果。心脏粘液瘤独特的细胞外基质重塑能力，可能导致粘液瘤细胞脱落，引起栓塞事件。团队发现一个粘液瘤亚群，主要位于一个粘液瘤分化轨迹的末端，表现出PLAT的高表达，PLAT是一种与细胞迁移和组织重塑相关的基因。此外，粘液瘤细胞和CD206+细胞有显著的浸润，并且它们在空间上接近，这与栓塞的发生有关。巨噬细胞可以促进粘液瘤细胞的增殖。针对PDE3A和M2样巨噬细胞的治疗，可能作为一种预防栓塞症状发生的保守方法，从而优化现有的心脏粘液瘤治疗策略。

虽然心肌粘液瘤在心脏肿瘤中相对常见，但其总体发病率仍然很低，导致可用样本数量有限。心脏粘液瘤的分类分析和不同类型粘液瘤的比较，如左右心房粘液瘤的分类分析，将是未来研究的重要目标。此外，团队收集的心肌粘液瘤病例均无家族史。将本研究结果推广到有家族史的心源性粘液瘤病例，仍然是一个挑战。未来的研究应包括长期随访分析，以确定粘液瘤细胞和M2样巨噬细胞浸润，对复发的预测价值。开发心脏粘液瘤体内模型，对于研究粘液瘤细胞和M2样巨噬细胞促进栓塞的机制，以及验证心脏粘液瘤的治疗靶点，至关重要。

参考资料：

1.Maleszewski, J. J., Anavekar, N. S., Moynihan, T. J. & Klarich, K. W. Pathology, imaging, and treatment of cardiac tumours. Nat. Rev. Cardiol. 14, 536–549 (2017).

2.Joshi, M., Kumar, S., Noshirwani, A. & Harky, A. The current management of cardiac tumours: a comprehensive literature review. Braz. J. Cardiovasc. Surg. 35, 770–780 (2020).