Nature Communications | 三维五细胞共培养模型揭示高级别浆液性卵巢癌中肿瘤细胞驱动的巨噬细胞极化

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本研究构建了一种包含五种人类细胞类型的3D五细胞共培养模型，成功模拟了高级别浆液性卵巢癌的肿瘤微环境，并揭示了肿瘤细胞通过基因组和转录组异质性调控巨噬细胞极化，为研究肿瘤-免疫互作及靶向治疗提供了新平台。

 

文献概述

本文《3D pentaculture model unveils malignant cell-driven macrophage polarization in high-grade serous ovarian cancer》，发表于《Nature Communications》杂志，回顾并总结了高级别浆液性卵巢癌（HGSOC）复杂的免疫抑制性肿瘤微环境（TME）及其对治疗抵抗的影响。研究团队开发了一种三维五细胞共培养模型，整合恶性HGSOC细胞、原代成纤维细胞、间皮细胞、脂肪细胞和单核细胞，成功在体外再现了人类TME的结构与功能特征。该模型无需外源细胞因子即可诱导单核细胞分化为巨噬细胞，并通过bulk RNA测序与单细胞RNA测序数据反卷积分析，证实所形成的巨噬细胞簇与患者转移灶中的表型高度相似。此外，研究还评估了靶向“别吃我”信号CD47和CD24的单克隆抗体对巨噬细胞活性的影响，展示了该模型在药物筛选中的应用潜力。研究强调了肿瘤细胞在调控TME中髓系细胞行为中的主导作用，为理解HGSOC免疫逃逸机制提供了新视角。

背景知识

高级别浆液性卵巢癌（HGSOC）是最常见且致死率最高的卵巢癌亚型，多数患者在晚期才被诊断，导致治疗困难。尽管初始对铂类化疗敏感，超过80%的晚期患者会复发并产生耐药性。近年来，抗血管生成和靶向治疗虽改善了部分患者预后，但五年生存率仍较低。HGSOC具有高度基因组异质性，TP53突变几乎普遍存在，部分病例伴有BRCA1/2或同源重组修复缺陷（HRD），这些内在特征影响治疗反应。单细胞与空间转录组学研究进一步揭示了TME中免疫和基质细胞的高度异质性，提示肿瘤细胞可通过分泌信号分子重编程微环境以促进免疫逃逸。巨噬细胞是HGSOC TME中最丰富的免疫细胞之一，通常呈现M2样免疫抑制表型，支持肿瘤进展。靶向巨噬细胞的策略包括抑制其招募（如CCL2/CSF1R通路）或重编程其功能（如阻断“别吃我”信号CD47-SIRPα、CD24-SIGLEC10），但临床转化面临挑战，部分原因是缺乏能准确模拟人类TME的体外模型。传统2D培养难以维持细胞间相互作用和极化状态，而动物模型耗时且成本高，尤其对人源特异性抗体疗效评估受限。因此，构建更贴近临床的体外TME模型，特别是包含功能性髓系细胞的复杂共培养系统，成为当前研究热点与难点。该研究正是在此背景下，通过整合多种原代细胞与肿瘤细胞，建立了一个可动态模拟HGSOC转移微环境的3D模型，填补了现有模型在模拟巨噬细胞极化与功能方面的空白。

 

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研究方法与实验

研究团队基于先前建立的四细胞模型，引入健康供体来源的CD14+单核细胞，构建了包含恶性HGSOC细胞（AOCS1、G164、OvCAR3）、原代成纤维细胞、间皮细胞、脂肪细胞和单核细胞的3D五细胞共培养系统。脂肪细胞凝胶层与成纤维细胞、间皮细胞共同构成模拟大网膜的基质环境，随后加入肿瘤细胞和单核细胞，培养7天。通过组织学染色、流式细胞术和免疫荧光检测细胞表型与空间分布。采用bulk RNA测序结合scRNA-seq数据反卷积（CIBERSORTx）分析TME中各细胞亚群比例及巨噬细胞极化状态。检测不同模型中“别吃我”信号CD47、CD24及其受体SIRPα、SIGLEC10的表达水平。使用红色标记的肿瘤细胞与活体成像技术评估巨噬细胞吞噬活性，并测试抗CD47、抗CD24单抗及TGFβ受体抑制剂对吞噬和肿瘤细胞存活的影响。

关键结论与观点

• 成功构建了一种三维五细胞共培养模型，包含五种人类细胞类型，无需外源细胞因子即可诱导单核细胞分化为巨噬细胞，且巨噬细胞表型与HGSOC患者转移灶中的一致
• 巨噬细胞的极化状态和亚群比例在不同肿瘤细胞系背景下显著不同，表明肿瘤细胞自主性驱动TME重塑
• 转录组分析显示，五细胞模型中巨噬细胞相关通路（如迁移、分化）显著上调，且模型与原始患者肿瘤的Hallmark通路具有高度相关性
• 肿瘤细胞通过表达“别吃我”信号CD47和CD24抑制巨噬细胞吞噬，其表达水平与吞噬效率呈负相关
• 抗CD47和抗CD24单克隆抗体可显著增强OvCAR3模型中的巨噬细胞吞噬活性并减少肿瘤细胞数量，但在G164模型中无效，提示疗效依赖于肿瘤细胞内在特性
• 活体成像显示巨噬细胞在模型中呈现动态行为，包括静止、摆动、迁移等模式，且抗体处理后“摆动”巨噬细胞增多，可能反映其活化状态
• TGFβ受体抑制剂可在不增加吞噬的情况下减少G164模型中肿瘤细胞数量，提示巨噬细胞可通过非吞噬机制介导肿瘤细胞死亡，如细胞因子释放

研究意义与展望

该五细胞共培养模型为研究HGSOC肿瘤微环境提供了高度生理相关的体外平台，克服了传统2D模型缺乏复杂细胞互作和动物模型难以评估人源抗体疗效的局限。模型再现了患者肿瘤中巨噬细胞极化特征，支持其在机制研究和药物筛选中的应用价值。

研究揭示了肿瘤细胞基因组和转录组异质性对巨噬细胞功能的深远影响，强调个体化治疗策略的重要性。特别是“别吃我”信号的异质表达提示需结合生物标志物指导靶向治疗，避免无效用药。

该模型可用于进一步探索肿瘤细胞与髓系细胞之间的信号网络，识别新的免疫调节靶点，并测试联合治疗策略（如TGFβ抑制剂与吞噬检查点阻断）。未来可扩展至包含T细胞或其他免疫细胞，构建更完整的免疫微环境模型，推动免疫治疗研发。

 

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结语

本研究建立了一种创新的三维五细胞共培养模型，能够有效模拟高级别浆液性卵巢癌的肿瘤微环境，特别是再现了巨噬细胞的极化特征及其与肿瘤细胞的动态互作。该模型无需外源因子即可诱导单核细胞向巨噬细胞分化，且其巨噬细胞亚群分布与患者转移灶高度相似，表明肿瘤细胞在塑造免疫微环境中的主导作用。研究进一步揭示了不同肿瘤细胞系通过差异表达CD47和CD24等“别吃我”信号调控巨噬细胞吞噬功能，并验证了靶向这些通路的单克隆抗体在特定背景下可增强抗肿瘤免疫反应。该平台不仅深化了对HGSOC免疫逃逸机制的理解，也为个体化免疫治疗策略的开发提供了可靠的体外评估工具。未来该模型有望用于高通量药物筛选、联合疗法优化及生物标志物发现，推动卵巢癌精准治疗的发展。

 

Beatrice Malacrida, Samar Elorbany, Florian Laforêts, Eleni Maniati, and Frances R Balkwill. 3D pentaculture model unveils malignant cell-driven macrophage polarization in high-grade serous ovarian cancer. Nature Communications.