肿瘤转移是非小细胞肺癌（NSCLC）患者死亡的主要原因，临床亟需有效治疗NSCLC转移的新靶点。肿瘤微环境中缺氧特征和浸润免疫细胞是影肿瘤转移的重要因素。作为肿瘤微环境中的主要免疫细胞，巨噬细胞和癌细胞之间的串扰是肿瘤进展和转移重要驱动因素。然而，缺氧肿瘤微环境下巨噬细胞-癌细胞相互作用的机制尚未清楚。因此揭示其机制对寻找靶向巨噬细胞和癌细胞串扰的新靶点、改善NSCLC患者预后具有重要的研究意义。
2024年3月21日，复旦大学附属肿瘤医院唐爽/宋少莉教授团队在Advanced Science（IF=15.1）杂志上发表论文“Hypoxic Exosomal circPLEKHM1-Mediated Crosstalk between Tumor Cells and Macrophages Drives Lung Cancer Metastasis”。该研究发现了一种缺氧诱导的外泌体circPLEKHM1，它通过将巨噬细胞极化为M2型来驱动NSCLC转移，并开发了一种用于SPECT/CT成像的新型125I-CD115放射性探针，证明外泌体circPLEKHM1能诱导体内巨噬细胞的M2极化。具体而言，circPLEKHM1促进了PABPC1-eIF4G的相互作用，从而促进了抑瘤素M受体（OSMR）的翻译，进而促使巨噬细胞M2极化，加速了癌症的转移过程。circPLEKHM1靶向治疗显著抑制了体内NSCLC转移。本研究揭示了癌细胞如何在缺氧肿瘤微环境中与巨噬细胞相互作用以促进转移的新机制，并强调了外泌体circPLEKHM1作为肺癌转移预后生物标志物和治疗靶点的重要性。
亮点
1. 来自NSCLC的外泌体circPLEKHM1受缺氧诱导，与巨噬细胞协调促进肺癌转移。
2. CircPLEKHM1是PABPC1-eIF4G蛋白相互作用的关键支架，从而促进 OSMR翻译，诱导巨噬细胞M2极化进而促进癌症转移。
3. 开发了一种用于SPECT/CT成像的新型125I-CD115探针，证明外泌体circPLEKHM1诱导体内巨噬细胞的M2极化。
4. CircPLEKHM1靶向治疗可有效减少NSCLC的体内转移。
5. CircPLEKHM1是NSCLC患者转移和预后不良的重要生物标志物。
缺氧条件下，NSCLC源外泌体circPLEKHM1受HIF1A调控上调
研究团队对缺氧诱导下NSCLC细胞分泌的外泌体进行测序分析并验证发现circPLEKHM1是缺氧外泌体中稳定富集的circRNA。通过CHIP-qPCR及荧光素酶报告实验验证HIF1A能诱导外泌体circPLEKHM1表达。临床样品检测发现circPLEKHM1-HIF1A轴在NSCLC患者骨转移中高度表达。表明circPLEKHM1在缺氧情况下导致NSCLC转移。
体外和体内层面揭示外泌体circPLEKHM1通过巨噬细胞促进NSCLC转移
体外和体内实验表明，外泌体circPLEKHM1通过巨噬细胞介导NSCLC转移。此外，研究团队对老鼠进行了巨噬细胞耗竭实验，发现巨噬细胞耗竭极大地削弱了外泌体circPLEKHM1促进体内肺癌转移的作用，进一步验证了外泌体circPLEKHM1介导的NSCLC转移需要巨噬细胞参与。
缺氧外泌体circPLEKHM1诱导巨噬细胞M2极化
研究团队发现circPLEKHM1能通过外泌体传递到巨噬细胞内，并且通过体外实验（qRT-PCR、WB、流式以及ELISA）发现并验证外泌体circPLEKHM1促进巨噬细胞M2极化。依托于复旦大学附属肿瘤医院核医学平台，研究团队开发了一种用于SPECT/CT成像的新型125I-CD115探针，创新性的在体内证明外泌体circPLEKHM1能诱导巨噬细胞的M2极化。
CircPLEKHM1通过上调OSMR的表达促进巨噬细胞的M2极化
RNA-seq数据显示circPLEKHM1过表达/乏氧外泌体处理的巨噬细胞JAK/STAT信号通路高度富集，通过qRT-PCR验证发现circPLEKHM1显著上调了JAK-STAT通路相关基因OSMR的表达，干扰OSMR后抑制了circPLEKHM1对巨噬细胞M2极化的诱导。功能回复实验证实circPLEKHM1通过上调OSMR诱导巨噬细胞M2极化，从而促进NSCLC转移。
CircPLEKHM1/PABPC1/eIF4G RNA复合物促进OSMR翻译
研究团队通过RNA-pull down/LC-MS、IP以及IF实验发现并验证circPLEKHM1能结合PABPC1。生信预测结合RIP-qPCR、缺失突变实验发现circPLEKHM1与PABPC1结合位点位于PABPC1的RRM3结构域。IP、IF及功能实验发现circPLEKHM1促进PABPC1与eIF4G互作以稳定OSMR mRNA并促进其表达。RIP-qPCR及Polysome实验发现circPLEKHM1介导下PABPC1与eIF4G结合增强促进了OSMR翻译启动。研究人员提取了小鼠肿瘤相关巨噬细胞，发现肿瘤浸润的M2巨噬细胞中circPLEKHM1表达更高，PABPC1与 eIF4G的相互作用更强。
外泌体circPLEKHM1靶向治疗显著抑制NSCLC转移
研究团队通过左心室以及骨髓腔注射肿瘤细胞从而构建了两种NSCLC转移的模型。小动物活体成像显示，与对照组相比，circPLEKHM1-ASO显著抑制了NSCLC转移。Micro-CT、TRAP染色以及IHC显示circPLEKHM1-ASO治疗下，骨破坏减少，OSMR表达降低，M2型巨噬细胞浸润减少。
CircPLEKHM1/OSMR/巨噬细胞M2极化轴在NSCLC患者中的临床意义
有转移的NSCLC患者体内circPLEKHM1的水平、OSMR的表达以及CD206阳性巨噬细胞的比例明显高于无转移的NSCLC患者。NSCLC患者中CircPLEKHM1的表达与CD206阳性巨噬细胞的比例和OSMR的表达呈显著正相关。高表达 circPLEKHM1、OSMR 或高比例浸润的 CD206 阳性巨噬细胞的 NSCLC 患者的总生存期和无转移生存期明显短于对照组患者。
总结
肿瘤细胞与巨噬细胞之间的通讯与肿瘤转移密切相关。缺氧诱导的外泌体circPLEKHM1促进PABPC1-eIF4G相互作用，以促进oncostatin M受体（OSMR）的翻译，从而诱导巨噬细胞M2极化以促进癌症转移。这项研究为肺癌转移提供了一个有前景的预后生物标志物和治疗靶点。