免疫系統是抗腫瘤的主力軍，它透過複雜的防禦機制消除或遏制腫瘤細胞的生長，為生命健康保駕護航[1]。但是你知道嗎，免疫系統也不是時刻備戰的，它也是個需要休息，才能好好工作的“打工仔”。

前期已有研究表明，先天性免疫和獲得性免疫均表現出24小時晝夜節律性反應[2-4]，在經過初始刺激數週後，免疫效應仍然會節律性地在一天中某個時段產生[5, 6]。此外，晝夜節律的破環會促進腫瘤的進展[7]。然而，免疫系統的節律性對腫瘤的監測和免疫治療有效性的影響，仍然是未知的。

近日，日內瓦大學Christoph Scheiermann教授研究團隊揭示了免疫系統的節律性，尤其是樹突狀細胞（DCs）的節律性，對腫瘤的生長和免疫治療的有效性具有極大的影響，這預示著根據免疫系統的節律性改變給藥時間點可以在很大程度上提高治療效果。相關研究已在《自然》雜誌上發表[8]。

論文首頁截圖

首先，研究人員在一天中六個不同的時段：授時因子時間（ZT，時間生物學相關的實驗所制定的環境時間）的早上（ZT1），中午（ZT5），下午（ZT9），晚上（ZT13），午夜 (ZT17)和凌晨（ZT21），給小鼠皮下接種B16-F10黑色素瘤細胞，並觀察兩週內腫瘤細胞的生長情況。

結果表明，腫瘤體積大小明顯受接種的時間影響，凌晨接種的小鼠腫瘤體積較大，下午和晚上接種的小鼠腫瘤體積較小。同時，對於乳腺癌原位腫瘤模型（E0771和4T1）和鼠結腸癌腫瘤模型（MC-38）來說，與黑色素瘤的結果相似。說明無論腫瘤型別和接種部位如何，接種時間對腫瘤大小的影響都是相同的。

為了驗證這種節律性與免疫系統有關，研究人員利用同時缺失獲得性免疫和先天性免疫的NSG小鼠，以及缺失獲得性免疫的Rag2-/-小鼠進行實驗。結果發現，上述接種時間帶來的差異性不復存在，說明的確是免疫系統的節律性造成了腫瘤大小的差異。

不同時間接種腫瘤後小鼠腫瘤體積大小變化

隨後，利用流式細胞術，研究人員評估了接種腫瘤後第14天時，小鼠腫瘤組織種免疫細胞的浸潤情況。

結果顯示，小鼠體內CD8+T細胞的數量依賴於腫瘤接種時間，下午接種腫瘤細胞，CD8+T細胞數量達到了峰值，而在凌晨接種，CD8+T細胞的數量則急劇減少。利用CD8+T特異性抗體耗竭CD8+T細胞後，小鼠腫瘤體積增加。這些結果說明，CD8+T細胞是節律性地發揮著抗腫瘤作用。

不同時段CD8+T細胞的浸潤情況，以及耗竭CD8+T細胞後腫瘤的生長情況

接下來，研究人員利用流式細胞術和熒光成像定量分析DCs的水平。結果顯示，在下午接種腫瘤，小鼠體內產生的CD11c+MHCII+細胞群，即以DCs為主的白細胞亞群，其數量要遠高於凌晨接種的。

為了進一步探究淋巴結（dLN）中相關的腫瘤源性抗原提呈細胞（APCs）的節律性，研究人員利用SIINFEKL肽特異性抗體結合小鼠MHC-I類分子（H-2Kb）。結果發現，CD103+CD11c+MHCIIhi（SIINFEKL:H-2Kb）+ 表型的APCs數量同樣是在下午時更多。

這些結果表明，DCs應對抗原的反應也是具有晝夜節律性的，在下午接種腫瘤細胞產生DCs的數量多於凌晨。

接種腫瘤後，不同時間段DCs的水平

隨後，利用基因敲除的手段，研究人員構建了T細胞缺失關鍵節律性基因Bmal1的小鼠（Bmal1ΔTcell），以及DCs缺失Bmal1的小鼠（Bmal1ΔcDC）進行實驗。

結果發現，Bmal1ΔTcell和Bmal1ΔcDC小鼠的腫瘤體積在下午和凌晨接種腫瘤的組間均未展現出差異。同時，Bmal1ΔcDC小鼠dLN中DCs數量也未表現出差異性。值得一提的是，Bmal1ΔcDC小鼠體內的抗原特異性CD8+T細胞的水平有所降低，並且節律性消失。這些結果說明，關鍵節律性基因和細胞自主節律振動在T細胞和DCs節律性控制腫瘤生長過程中發揮著重要作用，並初步證實DCs主導著節律性CD8+T細胞的反應。

CD8+T細胞和DCs缺失關鍵節律性基因的小鼠腫瘤體積變化和淋巴結中DCs、CD8+T細胞數量變化

研究人員還運用RNA序列（RNAseq）測序對DCs亞群進行了分析，發現兩個主要的震動基因簇，一個在下午具有高表達，另一個在晚上具有高表達。下午高表達的基因簇主要由共刺激分子代謝基因組成，晚上高表達的基因簇與T細胞啟用途徑息息相關。這些資料表明，DCs共刺激因子可能是節律性CD8+T細胞啟用表型產生的原因。

DCs表現出晝夜節律性基因表達模式

除此之外，流式細胞術證實，在不同CD11c+樹突狀細胞亞群中，共刺激分子CD80的表達水平受細胞自主節律控制。同時，CD80與CD8+T細胞的節律反應性以及小鼠腫瘤體積大小均具有相關性。該結果進一步表明，腫瘤抗原特異性CD8+T細胞的晝夜節律反應依賴於共刺激分子CD80的晝夜節律表達。

CD80在不同時間的表達，CD8+T與BMDCs共培養情況與CD80對腫瘤生長的影響

最後，為了評估此項發現的轉化潛力，研究人員在下午時為小鼠接種B16-F10-OVA黑色素瘤，之後在下午或凌晨時用OVA模擬抗原進行免疫。

結果發現，與凌晨相比，下午接種疫苗小鼠的腫瘤受到了顯著的抑制。相反，缺失關鍵節律性基因的Bmal1ΔcDC小鼠在不同時間接種疫苗後腫瘤體積沒有顯著性差異。同時，DCs呈現出CD80的晝夜節律性表達，並控制著CD8+T的增殖。這些結果說明DCs的節律性在抗腫瘤免疫反應中起著關鍵作用。

此外，在黑色素瘤病人體內，研究人員發現，在早上接種疫苗（黑色素瘤-A肽, CpG 7909和弗氏不完全佐劑）較下午可以產生更多的抗原特異性CD8+T細胞，這與人體的晝夜節律特徵相符，表明節律性的抗腫瘤免疫反應同樣存在在人體細胞中。

給予疫苗後小鼠腫瘤體積變化和CD80的表達情況；人類細胞中CD8+T細胞與DCs共培養和給予疫苗後的增殖情況

總的來說，研究人員發現DCs和CD8+T細胞均具有晝夜節律性的抗腫瘤功能，並且DCs依賴於共刺激分子CD80的晝夜節律表達，支配著CD8+T細胞的節律性行為。免疫治療時間點與免疫啟用效率最大的時間點同步時，在小鼠和人體內均具有最佳的腫瘤治療效果。

後續，研究人員將透過臨床研究進一步驗證和探索免疫細胞的晝夜節律性，並運用這些發現，研發出針對腫瘤的更有效的治療方案。

 

參考文獻：

[1] Chen DS, Mellman I. Elements of cancer immunity and the cancer-immune set point. Nature. 2017;541(7637):321-330. doi:10.1038/nature21349

[2] Curtis AM, Bellet MM, Sassone-Corsi P, O’Neill LA. Circadian clock proteins and immunity. Immunity. 2014;40(2):178-186. doi:10.1016/j.immuni.2014.02.002

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[6] de Bree LCJ, Mourits VP, Koeken VA, et al. Circadian rhythm influences induction of trained immunity by BCG vaccination. J Clin Invest. 2020;130(10):5603-5617. doi:10.1172/JCI133934

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[8] Wang C, Barnoud C, Cenerenti M, et al. Dendritic cells direct circadian anti-tumor immune responses [published online ahead of print, 2022 Dec 5]. Nature. 2022;10.1038/s41586-022-05605-0. doi:10.1038/s41586-022-05605-0

來自： 奇點腫瘤探秘