Nature：从巨噬细胞到癌症治疗：ID3在肝脏抗肿瘤反应中的新发现

巨噬细胞(macrohages)是免疫系统中的重要细胞，能够吞噬和消灭病原体，同时在抗肿瘤反应中也发挥着关键作用。然而，巨噬细胞的活化受到激活型和抑制型受体的平衡调控，这一平衡在正常组织保护和肿瘤生长促进中起到双重作用。

2月6日发表于Nature杂志上的研究“The nuclear factor ID3 endows macrophages with a potent anti-tumour activity”发现核因子ID3(nuclear factor ID3)是肝脏特有的巨噬细胞(Kupffer cells, KCs)的一个关键调节因子，它通过调整巨噬细胞表面的激活/抑制受体平衡，增强了巨噬细胞对活体肿瘤细胞的吞噬能力，并促进了自然杀伤细胞(Natural Killer, NK)和CD8阳性T细胞(CD8+ T lymphoid effector cells)的招募、增殖和活化，从而在肝脏中形成一个有效的抗肿瘤微环境。此外，ID3通过调节转录因子ELK1和E2A在SIRPA基因位点的结合，进一步调控巨噬细胞的活性。

该研究揭示了ID3在调控肝脏特有巨噬细胞中的新机制，为肝脏及其他肿瘤的免疫治疗提供了新的潜在靶点。

Highlights

巨噬细胞抗肿瘤活性的新机制：研究揭示了核因子ID3在调控肝脏特有的巨噬细胞(Kupffer cells, KCs)中的关键作用，特别是其在巨噬细胞吞噬活体肿瘤细胞、招募自然杀伤细胞(Natural Killer, NK)和CD8阳性T细胞(CD8+ T lymphoid effector cells)方面的功能，为理解巨噬细胞在肿瘤免疫中的作用提供了新的视角。

ID3对激活/抑制受体平衡的调控：研究发现ID3能够通过调节巨噬细胞表面激活型和抑制型受体的平衡，增强巨噬细胞对肿瘤细胞的吞噬能力，揭示了一个关键的调控机制，这对于理解巨噬细胞如何在肿瘤微环境中发挥作用具有重要意义。

转录因子ELK1和E2A在SIRPA基因表达调控中的作用：该研究进一步探讨了ID3如何通过影响转录因子ELK1和E2A在SIRPA基因位点的结合来调控巨噬细胞的活性，提供了关于巨噬细胞如何响应环境信号并在抗肿瘤反应中发挥作用的深入理解。

潜在的免疫治疗靶点：通过揭示ID3在肝脏特有巨噬细胞中的作用，这项研究为肝脏及其他肿瘤的免疫治疗提供了新的潜在靶点。特别是，ID3的调控作用可能为开发新的治疗策略，通过调节巨噬细胞的抗肿瘤活性来增强肿瘤免疫反应提供了基础。

Strategies

基因敲除(Gene Knockout)和基因过表达(Gene Overexpression)技术：通过基因敲除技术，研究团队构建了ID3基因敲除的小鼠模型，以及通过基因过表达技术，在骨髓来源的巨噬细胞(bone marrow-derived macrophages, BMDMs)和人诱导多能干细胞(induced pluripotent stem cells, iPSCs)来源的巨噬细胞中过表达ID3，用以研究ID3对巨噬细胞功能的影响。

流式细胞术(Flow Cytometry)和细胞分选(Cell Sorting)：利用流式细胞术分析和细胞排序技术来鉴定和分离特定的细胞群体，如KCs、BMDMs以及特定的免疫细胞，如自然杀伤细胞(Natural Killer, NK)和CD8阳性T细胞(CD8+ T lymphoid effector cells)，以研究这些细胞在基因敲除或过表达ID3后的表型和功能变化。

体外细胞功能实验(In vitro Cellular Function Assays)：通过体外细胞培养和功能实验，如吞噬实验(phagocytosis assays)、细胞因子分泌测定(cytokine production assays)等，来评估ID3对巨噬细胞吞噬能力和炎症因子分泌能力的影响。

体内动物模型(In vivo Animal Models)：使用小鼠肿瘤模型来研究ID3对肝脏特有巨噬细胞在体内的抗肿瘤活性的影响。通过肿瘤细胞注射、基因敲除或过表达小鼠的构建，来观察ID3对肿瘤生长、转移以及免疫细胞浸润的影响。

分子生物学技术(Molecular Biology Techniques)：利用实时定量PCR(Quantitative Real-time PCR, qPCR)、Western Blot等分子生物学技术，来研究ID3对巨噬细胞中相关基因表达的调控作用，特别是与激活/抑制受体平衡、细胞因子和化学因子表达相关的基因。

转录因子结合分析(Transcription Factor Binding Analysis)：通过CUT&RUN技术等分子技术探索ID3如何通过影响转录因子如ELK1和E2A在SIRPA基因位点的结合来调控巨噬细胞的活性。

Advancements

ID3的表达对巨噬细胞抗肿瘤活性的必要性：该研究显示，ID3在肝脏特有的巨噬细胞(Kupffer cells, KCs)中的表达是必要的，以赋予它们强大的抗肿瘤活性。在ID3基因敲除的小鼠模型中，KCs失去了对肿瘤细胞的吞噬能力，同时，自然杀伤细胞(Natural Killer, NK)和CD8阳性T细胞(CD8+ T lymphoid effector cells)的招募、增殖和活化也受到影响，导致肿瘤生长和转移的增加。

ID3通过调节激活/抑制受体平衡来增强巨噬细胞的吞噬能力：ID3能够调节巨噬细胞表面激活型和抑制型受体的平衡，特别是通过降低信号调节蛋白α(Signal Regulatory Protein α, SIRPA)的表达，从而增强巨噬细胞对肿瘤细胞的吞噬能力。

ID3影响巨噬细胞中相关基因的表达：ID3的表达影响了一系列与巨噬细胞激活和抗肿瘤功能相关的基因的表达，包括促进炎症因子和化学因子的产生，如CCL3、CCL4、CCL5、IL-12、IL-15和IL-18，这些因子对于NK和CD8+ T细胞的招募和活化至关重要。

转录因子ELK1和E2A在SIRPA基因表达调控中的作用：研究发现，ID3通过阻止转录因子ELK1和E2A在SIRPA基因的启动子/增强子区域的结合，从而抑制了SIRPA的表达。这一发现揭示了ID3如何精细调控巨噬细胞活性的分子机制。

ID3表达的巨噬细胞在体内外具有强大的抗肿瘤活性：在体外实验中，过表达ID3的骨髓来源巨噬细胞(bone marrow-derived macrophages, BMDMs)和人诱导多能干细胞(induced pluripotent stem cells, iPSCs)来源的巨噬细胞展现出了增强的吞噬活性和炎症因子产生能力。在体内实验中，过表达ID3的BMDMs在注入小鼠肿瘤模型后能够显著抑制肿瘤生长和转移，同时促进NK和CD8+ T细胞的招募和活化。

KCs限制肿瘤细胞的植入和转移（Credit: Nature）

Prospects

ID3在其他类型巨噬细胞中的作用：该研究主要集中在肝脏特有巨噬细胞上，ID3在其他组织特定巨噬细胞或疾病环境中的巨噬细胞，如肿瘤相关巨噬细胞(Tumor-associated macrophages, TAMs)中的作用和机制仍然不清楚。

ID3表达与肿瘤微环境的相互作用：肿瘤微环境是一个复杂的网络，包括多种细胞类型和信号分子。ID3在巨噬细胞中的表达如何受到肿瘤微环境中其他因素的影响，以及它如何影响巨噬细胞与其他免疫细胞的相互作用，还需要进一步研究。

ID3调控网络的全貌：虽然研究揭示了ID3通过影响转录因子ELK1和E2A来调控SIRPA表达的机制，但ID3可能还影响其他信号通路和基因的表达。因此，揭示ID3调控网络的全貌对于全面理解其在免疫调控中的作用至关重要。

ID3作为治疗靶点的潜力和限制：该研究为利用ID3表达的巨噬细胞开发新的肿瘤治疗策略提供了基础，但如何有效、安全地在临床上调节ID3表达，以及可能的副作用和耐药性问题，还需要进一步的研究和验证。

ID3与肿瘤异质性的关系：肿瘤具有高度的异质性，不同类型或不同个体的肿瘤对免疫治疗的反应可能不同。因此，探索ID3在不同肿瘤类型和不同肿瘤微环境中的作用，对于理解其在肿瘤免疫治疗中的潜力至关重要。

原文链接

https://www.nature.com/articles/s41586-023-06950-4

Deng Z, Loyher PL, Lazarov T, Li L, Shen Z, Bhinder B, Yang H, Zhong Y, Alberdi A, Massague J, Sun JC, Benezra R, Glass CK, Elemento O, Iacobuzio-Donahue CA, Geissmann F. The nuclear factor ID3 endows macrophages with a potent anti-tumour activity. Nature. 2024 Feb 7. doi: 10.1038/s41586-023-06950-4. Epub ahead of print. PMID: 38326607.