2024年度国自然医学部50大科研热点中标数统计排名出炉，免疫调控以中标书985项依旧是稳居第一。此外，同样值得我们关注的是巨噬细胞，较2023年度中标数激增，以706项中标数名列第二名。事实上，第一名的“免疫调控”与第二名的“巨噬细胞”有着紧密的联系。

现阶段，巨噬细胞可谓是“炙手可热”的科研话题，热度非常高，重要性也很强。其中，关于肿瘤相关巨噬细胞（TAMs）结合肿瘤微环境的研究更是势不可挡，在pubmed中搜索关键词“tumour-associated macrophages”，仅2023年就有1560篇文章发表，其中有多篇为顶级期刊高分文章，可见肿瘤巨噬细胞的研究已经强势来袭！

除此之外，T细胞是当前国自然申请的热点Top6，2024年中标数高达316；代谢重编程是当前国自然申请的热点Top12，2024年中标数高达218；脂代谢作为近年来新兴的研究热点，相关高分文献如井喷般涌现，已成为国家自然科学基金的新宠。

那么，如何结合多个最强热点发表高分文章？Nature这套“组合拳”强强联合，道尽了最新研究思路👇

近日，来自美国的研究员们在Nature发表了题为“Obesity induces PD-1 on macrophages to suppress anti-tumour immunity”的研究论文，确定了肥胖在癌症中发挥着类似于“双刃剑”的功能——肥胖相关的代谢信号和炎症信号导致肿瘤相关巨噬细胞（TAM）诱导PD-1表达，进而驱动TAM特异性负反馈机制，损害肿瘤免疫监视，增加癌症风险；但同时，有助于改善肥胖癌症患者对PD-1免疫治疗的反应。

一、研究背景

肥胖与13种以上癌症的进展和转移相关，在PD-1阻断免疫疗法中具有独特表现，即肥胖悖论。当前研究大多关注肥胖对T细胞表型的影响，却忽略了肿瘤微环境和脂肪组织中巨噬细胞的作用。本研究深入探索肥胖相关癌症中TAM（肿瘤相关巨噬细胞）的作用，将有助于更全面地理解肥胖与癌症之间的关系，为未来的治疗策略提供新的思路。

二、研究思路方法与结论

结论1：肥胖会削弱肿瘤的免疫功能

研究思路：探讨饮食诱导的肥胖（DIO）对肿瘤生长及其免疫环境的影响，以及对抗PD-1免疫检查点阻断的疗效。

研究方法：

（1）建模：通过MC38细胞系建立同基因小鼠肿瘤模型。将小鼠分为两组，分别给予LFD（10%卡路里来自脂肪）和HFD（45%卡路里来自脂肪），喂养20周。

（2）观察肿瘤生长：在小鼠适应饮食后，皮下注射癌细胞并观察肿瘤生长情况。比较LFD和HFD组小鼠的肿瘤生长速度和大小。

（3）免疫治疗：给予小鼠抗PD-1治疗或IgG同种型对照治疗。评估其肿瘤抑制疗效。

（4）细胞分析：通过单细胞RNA测序（scRNA-seq）分析肿瘤中CD45⁺和CD45^-细胞的差异表达。评估HFD对CD8⁺T细胞、CD4⁺T细胞、巨噬细胞等影响。并通过流式细胞术进行验证。

（5）功能分析：利用Compass分析CD8⁺T细胞和TAMs的代谢状态，评估HFD对细胞代谢的影响以及抗PD-1治疗后的变化。并深入表征HFD条件下以及抗PD-1治疗后TAMs的功能（如吞噬能力和抗原呈递功能）变化。

结论2：肥胖诱导TAMs上PD-1的表达

研究思路：探讨了肥胖对免疫治疗的影响（肥胖如何通过改变T细胞活化和PD-1敏感性来影响疗效）；以及可能诱导TAMs中PD-1表达的潜在炎症机制。

研究方法：

（1）细胞分析：通过scRNA-seq、流式细胞术和免疫组化等技术，比较分析肥胖与正常状态下CD8⁺T细胞和TAMs的PD-1表达水平。

（2）动物实验：通过建立多个同源模型，探究肥胖对PD-1⁺TAMs比例的影响，以及PD-1表达对TAMs功能和免疫疗效的影响。并利用BMDM（骨髓源性巨噬细胞）模拟TAMs，探究多个细胞因子（如IFNγ、IL-6、IL-1β等）对PD-1表达的影响。并观察抗PD-1治疗后肿瘤的生长变化及T细胞和TAMs的功能变化。

结论3：PD-1削弱巨噬细胞功能，促进脂质摄取和代谢

研究思路：探究PD-1在巨噬细胞中的调控机制及对巨噬细胞代谢、增殖和免疫应答功能的影响，并分析MYC、NF-κB和mTORC1等信号通路在PD-1表达调节中的作用。

研究方法：

（1）基因表达分析：通过scRNA-seq数据集，比较PD-1⁺和PD-1^-巨噬细胞的基因表达模式，利用基因集富集分析（GSEA）与PD-1相关的基因和信号通路。

（2）细胞分类测序：采用荧光激活细胞分选（FACS）技术，从肿瘤样本中分离PD-1⁺和PD-1^low/−巨噬细胞，进行RNA测序，以验证特征基因表达水平。

（3）功能分析：通过流式细胞术分析PD-1⁺和PD-1^low/−巨噬细胞在氧化磷酸化水平、线粒体质量、脂质摄取、吞噬和免疫应答（如MHC-II表达）方面的差异。

（4）通路分析：在细胞实验中对比分析MYC、NF-κB和mTORC1信号通路中PD-1表达水平。动物实验中，通过mTORC1抑制剂和CRISPR基因编辑技术，验证mTORC1在PD-1表达中的调控作用。

（5）基因敲除验证：使用Pdcd1^−/−小鼠模型，验证PD-1缺失对巨噬细胞吞噬能力、MHC-II和CD80表达水平、葡萄糖摄取能力等的影响，从而评估PD-1在巨噬细胞功能中的作用。

（6）细胞实验验证：通过培养野生型骨髓来源的巨噬细胞（BMDMs），添加PD-1配体（rmPD-L1）或PD-1阻断抗体，探究PD-1对巨噬细胞糖酵解、脂质摄取、炎症相关分子表达等的影响。并检测胞外酸化率（ECAR）、耗氧量（OCR）等指标，评估巨噬细胞的糖酵解和氧化磷酸化水平。

（7）基因水平验证：通过RNA测序技术，比较PD-1阻断的巨噬细胞与对照组之间的基因表达差异，分析PD-1对巨噬细胞代谢和炎症相关基因表达的影响。并通过流式细胞仪分析巨噬细胞表面标记物（如MHC-II、MHC-I、CD80等）的表达水平，评估巨噬细胞的免疫应答状态。

结论4：髓系PD-1削弱抗肿瘤免疫

研究思路：探讨TAM中PD-1对其功能的调控作用，并评估这种作用是否依赖于T细胞

研究方法：

（1）建模：通过药物或基因编辑技术构建T细胞耗竭的肿瘤模型，以评估PD-1治疗在缺乏T细胞参与下的疗效。并建立LysMCrePdcd1^fl/fl小鼠模型，在骨髓细胞中特异性敲除PD-1基因，探究PD-1对骨髓来源巨噬细胞功能的影响。

（2）细胞实验：通过将PD-1缺陷的肿瘤髓系细胞与未形成肿瘤的脾脏OVA特异性CD8⁺T细胞及其抗原OVA肽共培养，观察T细胞的活化和增殖情况。并加入完整的OVA蛋白，评估巨噬细胞抗原呈递能力的变化。最后通过流式细胞仪对比分析巨噬细胞吞噬能力、脂质摄取水平、代谢活性（如GLUT1表达）以及T细胞活化标记物（如PD-1、LAG3、TIM3和CD69）的表达水平。

（3）基因表达分析：通过RNA测序、WB等技术，对比分析PD-1缺失或阻断后巨噬细胞中关键基因的表达，以揭示PD-1调控巨噬细胞功能的分子机制。

结论5：髓系PD-1促进肥胖悖论

研究思路：假设肥胖通过细胞因子和代谢物直接影响癌细胞，通过调节免疫细胞（如巨噬细胞）的功能来影响肿瘤免疫微环境，探究PD-1在肥胖相关炎症和代谢中的作用。

研究方法：

（1）建模：通过建立肥胖模型（如DIO模型）和肿瘤模型（如MC38肿瘤模型）来模拟肥胖与癌症的关系，分析肥胖如何影响肿瘤生长和免疫治疗。

（2）表型分析：通过流式细胞仪等技术来分析巨噬细胞、T细胞等免疫细胞的表型和功能变化（特别是PD-1和TREM2等关键分子的表达情况）。

（3）功能分析：通过共培养、抗原呈递等功能实验，评估巨噬细胞的功能变化（如吞噬能力、抗原呈递能力等）。

（4）分子机制探究：利用RNA测序、WB等技术来分析肥胖对巨噬细胞PD-1表达调控的分子机制（如mTORC1等信号通路），以及PD-1如何影响巨噬细胞功能和代谢。

三、小结

肥胖可选择性诱导肿瘤相关巨噬细胞（TAM）表达PD-1。与肥胖症相关的I型炎症细胞因子和分子（包括干扰素-γ、肿瘤坏死因子、瘦素、胰岛素和棕榈酸）以mTORC1和糖酵解依赖的方式诱导巨噬细胞表达PD-1，PD-1随后向TAM提供负反馈，抑制糖酵解、吞噬作用和T细胞刺激潜力。

相反，PD-1阻断可增加巨噬细胞糖酵解水平，这对于PD-1抑制增强TAM表达CD86和主要组织相容性复合物I和II分子以及激活T细胞的能力至关重要。髓样细胞特异性PD-1缺陷可减缓肿瘤生长，增强TAM糖酵解和抗原呈递能力，并导致CD8⁺T细胞活性增加，同时减少衰竭标记物水平。

研究结果表明，肥胖相关的代谢信号和炎症信号导致TAM诱导PD-1表达，进而启动TAM特异性反馈机制，从而削弱肿瘤免疫监控。这可能会增加肥胖人群患癌的风险，但提高他们对PD-1免疫疗法的反应。

参考来源：

Bader JE, et al. Obesity induces PD-1 on macrophages to suppress anti-tumour immunity. Nature. 2024 Jun 12. doi: 10.1038/s41586-024-07529-3.