撰文丨易

卡介苗（BCG）是一種減毒的牛型分枝桿菌，長期以來被用作結核病疫苗，同時也是非肌層浸潤性膀胱癌（NMIBC）的標準免疫療法。盡管膀胱內灌注BCG能夠顯著降低腫瘤復發率，但約50%的患者無法維持長期療效，部分原因在于其作用機制尚未完全闡明。傳統觀點認為，BCG通過局部免疫激活發揮作用，例如附著于膀胱上皮細胞并招募髓系和淋巴系免疫細胞浸潤腫瘤，進而激活腫瘤特異性CD4 + 和CD8 + T細胞。然而，近年研究發現，微生物感染或其產物（如BCG）可能通過表觀遺傳修飾誘導先天免疫記憶（即 “ 訓練免疫 ” ），甚至影響骨髓中的造血干祖細胞（HSPCs），導致髓系細胞生成（髓系分化）的長期改變。靜脈注射BCG已被證實能通過HSPC重編程增強抗感染免疫，但膀胱灌注的BCG是否通過類似機制參與抗腫瘤免疫仍屬未知。

近日，美國康奈爾大學醫學院Steven Z. Josefowicz和斯隆·凱特琳研究所Michael S. Glickman聯合在Cancer Cell期刊上發表題為Microbial cancer immunotherapy reprograms hematopoiesis to enhance myeloid-driven antitumor immunity的研究論文，揭示了膀胱灌注的卡介苗（BCG）能夠通過重編程骨髓造血干祖細胞（HSPCs）來增強髓系細胞生成，進而重塑腫瘤微環境、激活T細胞免疫應答，并與免疫檢查點阻斷療法產生協同抗腫瘤作用。這一發現闡明了BCG治療膀胱癌的系統性作用機制，為優化癌癥免疫治療提供了重要理論依據。

本研究通過多維度實驗揭示膀胱灌注BCG誘導的系統性抗腫瘤免疫機制，其核心在于BCG對骨髓造血干祖細胞（HSPCs）的重編程作用。 首先，研究團隊 收集了來自兩個獨立醫療中心的NMIBC患者外周血樣本，通過單細胞核RNA測序（snRNA-seq）和染色質可及性測序（snATAC-seq）分析BCG治療前后HSPCs及成熟髓系細胞（如單核細胞、樹突細胞）的轉錄組和表觀遺傳變化。 結果發現 ，BCG治療后外周血CD34 + HSPCs及其分化的髓系細胞（單核細胞、樹突細胞）表現出顯著的轉錄組和表觀遺傳重塑。具體而言，抗原呈遞相關基因（HLA-DRB5、CD74、B2M）和干擾素響應通路（如BST2）被廣泛激活，染色質可及性分析進一步證實IRF、STAT等轉錄因子結合位點的開放。 有意思的是 ，這種重編程特征在不同醫療中心的患者隊列中高度一致， 預示 其可能作為預測BCG療效的潛在生物標志物。

在MB49膀胱癌小鼠模型中， 研究團隊 首次證實膀胱灌注的BCG能夠突破局部作用限制，通過血液循環定植于骨髓。采用 小鼠 模型和精密的時間梯度實驗（每周監測）發現，連續5次BCG灌注后所有小鼠骨髓中均可檢測到活菌，這與PCR檢測的BCG特異性基因信號相互印證。這種定植觸發了深層次的造血系統重塑：流式細胞術顯示譜系陰性Sca-1 + c-Kit + （LSK）細胞群擴增 變多 ，其中多能祖細胞（MPPs）比例增加而長期造血干細胞（LT-HSCs）減少，集落形成實驗更揭示粒細胞-巨噬細胞系分化傾向 變強 。單細胞表觀基因組分析進一步捕捉到中性粒細胞前體細胞的特異性富集，其染色質開放區域顯著富集髓系分化關鍵調控因子PU.1（SPI1）和RUNX1的結合基序。

通過骨髓嵌合體模型證實，僅移植BCG暴露的LSK細胞就足以使受體鼠獲得抗腫瘤能力。機制解析發現，BCG重編程的髓系細胞在腫瘤微環境中展現出三大功能轉變：首先，中性粒細胞經歷表型轉換，從促血管生成的T3亞型轉變為具有細胞毒性的T2亞型，這種轉變使其中抗腫瘤亞群比例提升；其次，單核-巨噬細胞系細胞表現出 “ 超敏 ” 狀態，在LPS刺激下TNF和CXCL10分泌量 增加 ； 最后 ，所有髓系細胞的抗原呈遞能力顯著增強，流式檢測顯示MHC-II分子表達水平 提高 。

深入研究發現，該過程嚴格依賴IFNγ而非I型干擾素信號。當使用中和抗體阻斷IFNγ時，BCG誘導的腫瘤控制作用完全消失；而血清學分析顯示BCG處理組IFNγ水平升高。此外，TNFα被證實是另一關鍵效應分子，其中和可使HSPC介導的抗腫瘤效應降低。免疫細胞耗竭實驗進一步明確，雖然BCG直接增強了髓系細胞功能，但最終腫瘤清除仍依賴適應性免疫——CD4 + /CD8 + T細胞缺失使保護效應完全喪失，而樹突細胞耗竭則導致OVA特異性T細胞浸潤減少。

最后 ，BCG誘導的先天免疫記憶能與PD-1阻斷產生協同效應。單細胞轉錄組分析揭示這種協同源于BCG重編程的髓系細胞更高效地呈遞腫瘤抗原，同時PD-1阻斷解除了由此激活的T細胞耗竭狀態。

總而言之 ，本研究證實BCG對骨髓造血干祖細胞（HSPCs）的重編程作用，凸顯了HSPCs重編程在增強T細胞依賴性腫瘤免疫方面的潛力。此外，也闡明了BCG治療膀胱癌的完整作用鏈條，更為克服當前免疫治療耐藥性提供了新的組合策略。

https://doi.org/10.1016/j.ccell.2025.05.002

制版人： 十一

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