补体系统通过调节肿瘤免疫微环境促进肝细胞肝癌发生发展及侵袭转移的机制研究

Based on the poor efficacy of immunotherapy in hepatocellular carcinoma (HCC), this project will comprehensively investigate the tumor immune microenvironment (TIME) in HCC. And this project will specifically apply single-cell sequencing, mass spectrometry, etc. to elucidate the immunopathological mechanisms of HCC tumorigenesis and progression. Moreover, this project will propose a novel immunotherapy strategy for clinical practice. Recently, we have discovered that the complement protein expression in liver tumor tissue was higher than that of para-tumoral tissue, and portal vein tumor thrombus (PVTT) expressed higher C5aR1 compared with primary tumor tissue. Additionally, we found that complement C5a could inhibit the innate immunity of dendritic cells. Moreover, animal experiments demonstrated that the C5a antagonist could synergize the anti-tumor effect of PD-1 monoclonal antibody. This project will focus on complement protein, and comprehensively explore the TIME of primary tumor, PVTT, and lung metastases in HCC patients using single-cell sequencing technology. And we will construct multiple animal models to investigate the mechanisms of complement regulating TIME in HCC and validate the therapeutic effect of combined therapeutic strategy using complement antagonist with PD-1 monoclonal antibody. This study will immensely broaden our horizon in understanding the TIME in liver and liver tumor, and lay the theoretical foundation for a novel combination treatment strategy for HCC.

本项目从肝癌免疫治疗效果不佳的临床问题出发，重点运用单细胞测序技术、质谱流式等技术，对肝癌组织中的免疫特性进行深入研究，从而明确肝癌发生发展的免疫学机制，最后回归临床提出新的肝癌免疫治疗策略。申请者前期研究发现补体蛋白在肝癌组织中表达高于癌旁组织，而门静脉癌栓(PVTT)中C5aR1的表达高于肝癌原发灶。此外，我们还发现补体C5a能够对树突状细胞的固有免疫产生抑制性作用。进一步动物实验还发现C5a拮抗剂联合PD-1单抗能够协同抑制肝癌细胞的生长。本项目将以补体蛋白为主要线索，运用单细胞测序技术对肝癌原发病灶、PVTT以及肺转移病灶中TIME进行全面分析，并通过多种动物模型明确补体调控TIME促进肝癌发生发展的具体机制，并研究基于补体抑制联合PD-1单抗对肝癌治疗效果。该项目的完成将极大地丰富我们对肝脏以及肝癌TIME的认识，并对补体抑制联合PD-1单抗应用于肝癌的防治奠定理论基础。

肝细胞癌(Hepatocellular carcinoma, HCC；以下简称肝癌) 是起源于肝脏上皮的常见恶性肿瘤，在癌症引起的相关死亡中排名第四。明确肝癌发生发展的分子生物学特征，对寻找更加有效的肝癌治疗策略有重要的临床意义。.补体系统是固有免疫系统的一部分，它包含三十多种可溶性的蛋白和膜结合蛋白。研究指出，补体蛋白既能通过过敏毒素募集免疫细胞形成抑制性的免疫微环境，也能在某些肿瘤中促进某些肿瘤杀伤相关免疫细胞的浸润或者诱导肿瘤细胞中抑癌基因的表达，表明补体系统对于肿瘤的恶性进展可能是一把双刃剑。肝脏是补体蛋白合成最主要的场所，但补体蛋白对肝癌的发生发展以及肿瘤免疫微环境(tumor immune microenvironment, TIME)的调控却鲜有报道。.因此，我们通过生物信息学以及分子生物学实验手段，对补体系统与肝癌发生发展的关系进行了详细研究。首先，本研究从多个肝癌数据库入手，通过构建补体分数，详细分析了补体系统的激活状态与肝癌的恶性表型、免疫微环境、临床病理特征、患者预后以及抗癌药物敏感性的潜在关系。研究发现肝癌组织中的补体分数显著低于癌旁肝组织，而高补体分数与多种恶性生物学特征呈负相关。随后，我们聚焦具体的补体蛋白，通过体内和体外实验，详细地研究了过敏毒素C5a通过作用于巨噬细胞表面的相应受体调控肝癌TIME的具体机制。本研究发现C5a能够趋化巨噬细胞至肿瘤组织中，并促进巨噬细胞的M2型极化以及C-C基序趋化因子配体5 (C-C motif chemokine ligand 5, CCL5)的表达，进而募集调节性T细胞(regulatory T cells, Tregs)，造成肝癌细胞的免疫逃逸。同时本研究还提出了阻断C5a联合免疫检查点抑制剂(immune-checkpoint inhibitors, ICIs)的新型肝癌免疫联合治疗策略，为肝癌免疫联合治疗提供了新的思路。此外，我们还运用单细胞测序、质谱流式等技术对肝癌门静脉癌栓的形成机制及其与肝癌发生发展的关系进行了详细的分析。这些结果将有助于我们了解中晚期肝癌患者的进展特征，从而为肝癌患者的治疗提供更多可靠的理论依据。