Cancer Cell丨卡介苗抗癌：重编程造血功能增强抗肿瘤免疫

摘要：卡介苗（BCG）是一种减毒的牛型分枝杆菌，长期以来被用作结核病疫苗，同时也是非肌层浸润性膀胱癌（NMIBC）的标准免疫疗法。尽管膀胱内灌注BCG能够显著降低肿瘤复发率，但约50%的患者无法维持长期疗效，部分原因在于其作用机制尚未完全阐明。传统观点认为，BCG通

撰文丨易

卡介苗（BCG）是一种减毒的牛型分枝杆菌，长期以来被用作结核病疫苗，同时也是非肌层浸润性膀胱癌（NMIBC）的标准免疫疗法。尽管膀胱内灌注BCG能够显著降低肿瘤复发率，但约50%的患者无法维持长期疗效，部分原因在于其作用机制尚未完全阐明。传统观点认为，BCG通过局部免疫激活发挥作用，例如附着于膀胱上皮细胞并招募髓系和淋巴系免疫细胞浸润肿瘤，进而激活肿瘤特异性CD4 + 和CD8 + T细胞。然而，近年研究发现，微生物感染或其产物（如BCG）可能通过表观遗传修饰诱导先天免疫记忆（即 “ 训练免疫 ” ），甚至影响骨髓中的造血干祖细胞（HSPCs），导致髓系细胞生成（髓系分化）的长期改变。静脉注射BCG已被证实能通过HSPC重编程增强抗感染免疫，但膀胱灌注的BCG是否通过类似机制参与抗肿瘤免疫仍属未知。

近日，美国康奈尔大学医学院Steven Z. Josefowicz和斯隆·凯特琳研究所Michael S. Glickman联合在Cancer Cell期刊上发表题为Microbial cancer immunotherapy reprograms hematopoiesis to enhance myeloid-driven antitumor immunity的研究论文，揭示了膀胱灌注的卡介苗（BCG）能够通过重编程骨髓造血干祖细胞（HSPCs）来增强髓系细胞生成，进而重塑肿瘤微环境、激活T细胞免疫应答，并与免疫检查点阻断疗法产生协同抗肿瘤作用。这一发现阐明了BCG治疗膀胱癌的系统性作用机制，为优化癌症免疫治疗提供了重要理论依据。

本研究通过多维度实验揭示膀胱灌注BCG诱导的系统性抗肿瘤免疫机制，其核心在于BCG对骨髓造血干祖细胞（HSPCs）的重编程作用。首先，研究团队收集了来自两个独立医疗中心的NMIBC患者外周血样本，通过单细胞核RNA测序（snRNA-seq）和染色质可及性测序（snATAC-seq）分析BCG治疗前后HSPCs及成熟髓系细胞（如单核细胞、树突细胞）的转录组和表观遗传变化。结果发现，BCG治疗后外周血CD34 + HSPCs及其分化的髓系细胞（单核细胞、树突细胞）表现出显著的转录组和表观遗传重塑。具体而言，抗原呈递相关基因（HLA-DRB5、CD74、B2M）和干扰素响应通路（如BST2）被广泛激活，染色质可及性分析进一步证实IRF、STAT等转录因子结合位点的开放。有意思的是，这种重编程特征在不同医疗中心的患者队列中高度一致，预示其可能作为预测BCG疗效的潜在生物标志物。

在MB49膀胱癌小鼠模型中，研究团队首次证实膀胱灌注的BCG能够突破局部作用限制，通过血液循环定植于骨髓。采用小鼠模型和精密的时间梯度实验（每周监测）发现，连续5次BCG灌注后所有小鼠骨髓中均可检测到活菌，这与PCR检测的BCG特异性基因信号相互印证。这种定植触发了深层次的造血系统重塑：流式细胞术显示谱系阴性Sca-1 + c-Kit + （LSK）细胞群扩增变多，其中多能祖细胞（MPPs）比例增加而长期造血干细胞（LT-HSCs）减少，集落形成实验更揭示粒细胞-巨噬细胞系分化倾向变强。单细胞表观基因组分析进一步捕捉到中性粒细胞前体细胞的特异性富集，其染色质开放区域显著富集髓系分化关键调控因子PU.1（SPI1）和RUNX1的结合基序。

通过骨髓嵌合体模型证实，仅移植BCG暴露的LSK细胞就足以使受体鼠获得抗肿瘤能力。机制解析发现，BCG重编程的髓系细胞在肿瘤微环境中展现出三大功能转变：首先，中性粒细胞经历表型转换，从促血管生成的T3亚型转变为具有细胞毒性的T2亚型，这种转变使其中抗肿瘤亚群比例提升；其次，单核-巨噬细胞系细胞表现出 “ 超敏 ” 状态，在LPS刺激下TNF和CXCL10分泌量增加；最后，所有髓系细胞的抗原呈递能力显著增强，流式检测显示MHC-II分子表达水平提高。

深入研究发现，该过程严格依赖IFNγ而非I型干扰素信号。当使用中和抗体阻断IFNγ时，BCG诱导的肿瘤控制作用完全消失；而血清学分析显示BCG处理组IFNγ水平升高。此外，TNFα被证实是另一关键效应分子，其中和可使HSPC介导的抗肿瘤效应降低。免疫细胞耗竭实验进一步明确，虽然BCG直接增强了髓系细胞功能，但最终肿瘤清除仍依赖适应性免疫——CD4 + /CD8 + T细胞缺失使保护效应完全丧失，而树突细胞耗竭则导致OVA特异性T细胞浸润减少。

最后，BCG诱导的先天免疫记忆能与PD-1阻断产生协同效应。单细胞转录组分析揭示这种协同源于BCG重编程的髓系细胞更高效地呈递肿瘤抗原，同时PD-1阻断解除了由此激活的T细胞耗竭状态。

总而言之，本研究证实BCG对骨髓造血干祖细胞（HSPCs）的重编程作用，凸显了HSPCs重编程在增强T细胞依赖性肿瘤免疫方面的潜力。此外，也阐明了BCG治疗膀胱癌的完整作用链条，更为克服当前免疫治疗耐药性提供了新的组合策略。

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