肿瘤相关巨噬细胞来源legumain通过调控细胞衰老作用于肿瘤进展的机制研究

Cancer related inflammation (CRI), including suppression of effective anticancer immunity and tumor-promoting inflammation is now considered to be one of the hallmarks of cancer. Tumor-associated macrophages (TAMs), as the key components of the ecological niche of cancer, have a dominant role as orchestrators of CRI, playing critical role in the tumor progress. Previous studies from our group demonstrated that overexpression of asparaginyl endopeptidas, legumain in TAMs and depletion of TAMs via Legumain-targeting liposome nanoparticles effectively suppressed tumor progress. Moreover, data from orthotopic mouse model of breast cancer showed that tumor proliferation and apoptosis significantly decreased, accompanied with increased cellular senescence of tumor cells in the legumain knockout mice compared with wild type control. In this study, we will further explore the role of legumain in the carcinogenesis, centered on TAMs. We hypothesize that activation of cellular senescence process in TAMs following Legumain knockout and the induction of "paracrine senescence" in the nearby tumor cells. Meanwhile, TAM-derived legumain inhibits activation of STAT1/pSTAT1 through binding with integrin via its RGD domain. Legumain-knock out TAMs promote cellular senescence through STAT1-iNOS-ROS signaling pathway. Our studies help to understand the mechanism underlying the effect of TAMs and provide the theoretical foundation for the novel index of tumor prognosis and cancer treatment strategy targeting Legumain-overexpressing TAMs.

肿瘤相关炎症是肿瘤重要标志之一。作为“肿瘤生态微环境”的关键元素，肿瘤相关巨噬细胞（TAMs）对肿瘤发生发展起着关键调控作用。本课题组前期研究证实天冬酰胺内肽酶legumain在TAMs高表达；靶向legumain的脂质体纳米颗粒能有效清除TAMs并明显抑制肿瘤进展。此外，前期数据显示在legumain基因敲除小鼠接种乳腺癌细胞建立的肿瘤模型中，肿瘤细胞增殖和凋亡较对照组显著降低，而细胞衰老增加。据此，本项目提出以下科学假说，1.TAMs敲除legumain启动细胞衰老程序并通过“旁分泌衰老”激活肿瘤细胞衰老；2.TAMs来源legumain通过RGD结构域结合integrin抑制胞内STAT1活化；3.TAMs敲除legumain激活STAT1-iNOS-ROS信号通路促进细胞衰老。项目研究结果有助于完善TAMs调控肿瘤进展的机制，为开发新的肿瘤预后判断指标及肿瘤治疗策略提供依据。

肿瘤相关巨噬细胞（TAMs）在调控肿瘤发生以及恶性进展方面的作用日益受到重视，基于巨噬细胞的策略成为临床肿瘤治疗新的希望。本项目前期研究显示，天冬酰胺内肽酶Legumain在TAMs高表达；以Legumain为靶向的脂质体纳米颗粒能有效清除TAMs，进而抑制肿瘤进展。新近研究表明，细胞衰老受阻促使肿瘤免疫逃逸，是肿瘤得以发生发展的重要机制。据此，本项目开展围绕以下两个主要方面：TAMs高表达Legumain与肿瘤细胞衰老之间的联系以及Legumain调控细胞衰老的机制。. 主要研究内容包括：通过基因敲除小鼠原位肿瘤模型探讨TAMs沉默legumain对肿瘤进展的影响；体内及体外实验研究TAMs敲除Legumain促进肿瘤细胞衰老的作用及机制；Legumain作用于自身细胞衰老的机制，以及基于抑制TAMs表达和分泌Legumain治疗肿瘤的初步临床应用。通过本项目研究，我们发现：1. 肿瘤微环境Legumain缺乏促进肿瘤细胞衰老，抑制肿瘤进展。2. IL-1β分泌介导敲除legumain巨噬细胞激活肿瘤细胞衰老的作用。3. 敲除legumain巨噬细胞激活JAK1/STAT1/iNOS通路，进而促进IL-1β分泌。4. 输注敲除legumain小鼠骨髓来源巨噬细胞抑制小鼠原位移植瘤模型中肿瘤进展。5. Legumain敲低通过抑制TFEB，降低线粒体自噬水平加速细胞衰老。. 本项目结果揭示了肿瘤微环境中的巨噬细胞通过分泌Legumain抑制肿瘤细胞衰老，从而促进肿瘤进展的作用。通过特异性敲低巨噬细胞Legumain，或者给予敲除Legumain的巨噬细胞能达到激活肿瘤细胞衰老，从而抑制肿瘤的效果。本项目研究为基于巨噬细胞的肿瘤治疗提供了新的切入点。同时，本项目还揭示了Legumain作为溶酶体关键酶，通过影响溶酶体稳态，调控病理条件下细胞外基质重塑的作用。此作用于细胞衰老的新机制有望为基于Legumain的药物研发提供新的理论基础。