结直肠癌 (CRC) 是最常见的恶性肿瘤之一，超过 50% 的 CRC 患者在病程中发生远处转移。
2017 年，免疫检查点抑制剂 (ICI) 获批用于具有错配修复缺陷 (dMMR)-高度微卫星不稳定 (MSI-H) 的转移性 CRC(mCRC)。然而，MSI-H 型 mCRC 仅占 mCRC 的 5%，ICI 单药治疗在这些患者中的总有效率仅为 44%，而大多数微卫星稳定 (MSS) 型 mCRC 患者对免疫治疗表现出原发性耐药。尽管已经尝试了不同的联合治疗方案来提高 MSS-CRC 的免疫治疗疗效，都没有取得突破性的成果。
近日，浙江大学医学院第一附属医院肿瘤内科方维佳教授领衔的研究团队，在 Cell 子刊 Cell Reports Medicine 发表了题为「An immunometabolism subtyping system identifies S100A9+ macrophage as an immune therapeutic target in colorectal cancer based on multiomics analysis」的文章。
该研究建立了 CRC 免疫代谢分型 (IMS) 系统，根据不同的代谢特性和免疫原性分三种 IMS 亚型，其中 C3 亚型在队列中预后最差。而 S100A9+ 巨噬细胞群有助于 C3 亚型中免疫抑制性肿瘤微环境的形成，PD-1 抑制剂联合 S100A9 抑制剂 tasquinimod 可改善免疫治疗反应。
研究背景
肿瘤微环境（TME）是一个由不同类型的细胞组成的复杂、异质的细胞环境。与 TME 失调有关的几个因素可能参与了 CRC 患者对基于 ICI 的免疫疗法的抵抗，如低 T 细胞浸润和低 T 细胞毒性活性以及与免疫侵袭有关的 M2 巨噬细胞的高浸润。既往研究 CRC 的分子亚型有助于更好地对具有不同 TME 特性的患者进行分层，并研究个性化疗法。
新陈代谢的改变是癌症的一个标志。新陈代谢活动的增加导致 TME 中关键营养物质的消耗和废物的积累，这进一步导致了免疫细胞的功能障碍和免疫逃逸。因此，了解免疫代谢的特性可以帮助制定治疗策略，利用代谢来提高抗肿瘤免疫。
研究结果
训练队列由七个独立的队列构成。根据免疫相关和代谢相关的基因表达模式和通路活动进行一致性聚类，从而建立 IMS 系统，确定三个组 C1、C2 和 C3。Kaplan-Meier 分析表明，C3 患者的无复发生存期（RFS）明显比 C1 和 C2 患者差（P < 0.001）。
研究收集了 114 名 MSS-CRC 患者的肿瘤组织和血浆样本，使用转录组学提取代谢相关和免疫相关的基因表达谱，鉴定出不同组间差异表达基因（DEGs），表明 C3 和非 C3 亚型之间有不同的表达模式。与非 C3 亚型相比，参与抗原呈递、细胞粘附、共抑制、成本刺激、配体和受体的大多数基因在 C3 亚型中都明显上调。此外，除 PD-1 外，大多数免疫检查点基因在 C3 亚型中显示上调。
然后应用代谢组学来揭示三个 IMS 组血浆中不同的上调代谢物（DEMs）。代谢通路网络分析进一步表明，cGMP-PKG 信号通路、肾素分泌、原发性免疫缺陷、肌酸通路、C4-二羧酸循环、花生四烯酸代谢、叶酸生物合成和其他通路在 C3 亚型中富集。
研究分析了队列中三种 IMS 亚型的免疫细胞情况：
C1 是免疫炎症表型；
C2 是免疫沙漠表型；
C3 是免疫豁免表型，巨噬细胞在 C3 亚型中明显富集。
随后应用 mIHC 染色来揭示巨噬细胞表型的丰度，结果显示，在 C3 亚型中，免疫抑制性巨噬细胞表型（PD-L1+ CD68+细胞和 CD163+ CD68+细胞）的数量最大。
包含了 30 名 MSI-CRC 的队列同样观察到，C3 组的患者 5 年内复发率更高（70%）。FGSEA 的结果显示 C3 与非 C3 亚型，代谢和免疫相关的通路（如炎症反应、核糖体生物生成和染色质修饰）发生了改变。ssGSEA 的结果显示 C3 的肿瘤比 C1 和 C2 的肿瘤具有更高的巨噬细胞丰度。
三个亚型的免疫途径激活不同，C3 亚型可能会从 PD-1 阻断的免疫治疗中获益更多，然而，大多数先天 PD-1 抗性特征在 C3 亚型中也表现出高活性。该研究推断，PD-1 抑制和其他疗法（如巨噬细胞靶向疗法）的联合应用可能有助于改善免疫治疗反应。
巨噬细胞可根据 S100A9 表达分为 S100A9 high 和 S100A9low，C3 巨噬细胞以 S100A9 high 巨噬细胞为主。S100A9 表达可以区分 C3 和非 C3 细胞，其曲线下面积 (AUC) 为 0.87。在 bulk RNA-seq 水平上，S100A9 的表达与叶酸代谢活性、花生四烯酸代谢和糖胺聚糖生物合成显著相关，这有助于 CRC 中免疫抑制巨噬细胞的激活。
CRC 小鼠模型设四组:
对照组 (G1)
S100A9 抑制剂 Tasquinimod 治疗组 (G2)
抗 pd -1 治疗组 (G3)
Tasquinimod+抗 pd -1 双治疗组 (G4)。
根据各组小鼠的肿瘤生长曲线，G4 的小鼠肿瘤抑制效果最高。对四组肿瘤组织进行流式细胞术分析，与 G1 相比，G2、G3、G4 组 CD45+细胞中巨噬细胞比例均降低。
与 G1 组相比，G2 组和 G4 组在所有巨噬细胞群中 M1 巨噬细胞均显著增加，M2 巨噬细胞数量减少，PD-L1+巨噬细胞增加。G2 和 G4 中 CD8+ T 细胞数量更多，G4 组 Th1 细胞 (IFN-γ+CD4+) 和 ctl 细胞 (IFN-γ+CD8+) 的数量、比例均显著高于其他各组。
总结
该研究引入了一个 IMS 系统，确定了三种 CRC 亚型，即 C1、C2 和 C3，具有不同的免疫表型和代谢特性。C3 亚型具有高 S100A9+巨噬细胞丰度，与不良预后相关。S100A9+巨噬细胞有助于 C3 的免疫抑制性肿瘤微环境形成。PD-1 抑制和靶向 S100A9 的联合策略，通过在体内耗尽 S100A9+巨噬细胞来逆转 C3 亚型的免疫治疗反应障碍。