TDO2+ myofibroblasts mediate immune suppression in malignant transformation of squamous cell carcinoma

• DOI: 10.1172/jci157649
• Publication Date: 2022-08-16T16:00:28Z
• Authors: Simeng Hu; Huanzi Lu; Wenqiang Xie; Dikan Wang; Zhongyan Shan; Xudong Xing; Xiang-Ming Wang; Juan Fang; Wei Dong; Wenxiao Dai; Junyi Guo; Yanshu Zhang; Shuqiong Wen; Xin-Yu Guo; Qianming Chen; Fan Bai; Zhi Wang
• Keywords: Cancer Immunoediting; 0301 basic medicine; Carcinogenesis; Immunology; Cancer research; Ligands; Cancer Immunotherapy; Mice; 03 medical and health sciences; Health Sciences; Tumor Microenvironment; Genetics; Animals; Humans; Myofibroblasts; Biology; Cancer; Immunology and Microbiology; Squamous Cell Carcinoma of Head and Neck; Macrophage Activation and Polarization; FOS: Clinical medicine; R; Neoplastic transformation; Life Sciences; CD8; Tryptophan Oxygenase; 3. Good health; Precipitins; Immune system; Oncology; Malignant transformation; Head and Neck Neoplasms; Myeloid-derived suppressor cells; FOS: Biological sciences; Carcinoma, Squamous Cell; Medicine; Mouth Neoplasms; Immunotherapy; Cell; Research Article; Natural Killer Cells in Immunity

La caractérisation du changement dynamique du paysage immunologique lors de la transformation maligne des lésions précancéreuses en lésions cancéreuses dans le carcinome épidermoïde (CCS) est essentielle pour l'application de l'immunothérapie. Ici, nous avons effectué un ARN-Seq unicellulaire (scRNA-Seq) de 131 702 cellules de 13 tissus cancéreux de carcinome épidermoïde buccal (OSCC), 3 échantillons de leucoplasie buccale précancéreuse et 8 échantillons normaux adjacents. Nous avons constaté que les lymphocytes T CD4+ et CD8+ infiltrant les tumeurs étaient fonctionnellement inhibés par des ligands immunosuppresseurs exprimés sur divers types de cellules myéloïdes ou de neutrophiles dans le processus de carcinogenèse orale. Nous avons notamment identifié un sous-ensemble de myofibroblastes exprimant exclusivement la tryptophane 2,3-dioxygénase (TDO2). Ces myofibroblastes TDO2+ étaient situés distalement des nids tumoraux, et les lymphocytes T CD4+ et CD8+ étaient enrichis autour d'eux. Des expériences fonctionnelles ont révélé que les myofibroblastes TDO2+ étaient plus susceptibles de posséder la capacité de chimiotaxie envers les lymphocytes T, mais induisaient la transformation des lymphocytes T CD4+ en Tregs et provoquaient un dysfonctionnement des lymphocytes T CD8+. Nous avons en outre montré que l'utilisation de l'inhibiteur de TDO2 LM10 atténuait les états inhibiteurs des lymphocytes T, rétablissait la réponse antitumorale des lymphocytes T et empêchait la progression de la transformation maligne des OSCC dans les modèles murins. Notre étude révèle un paysage transcriptomique en plusieurs étapes de l'OSCC et démontre que les myofibroblastes TDO2+ sont des cibles potentielles pour l'immunothérapie.<br/>Characterization of the dynamic change in the immunological landscape during malignant transformation from precancerous lesions to cancerous lesions in squamous cell carcinoma (SCC) is critical for the application of immunotherapy. Here, we performed single-cell RNA-Seq (scRNA-Seq) of 131,702 cells from 13 cancerous tissues of oral squamous cell carcinoma (OSCC), 3 samples of precancerous oral leukoplakia, and 8 adjacent normal samples. We found that tumor-infiltrating CD4+ and CD8+ T cells were functionally inhibited by immunosuppressive ligands expressed on various types of myeloid cells or neutrophils in the process of oral carcinogenesis. Notably, we identified a subset of myofibroblasts that exclusively expressed tryptophan 2,3-dioxygenase (TDO2). These TDO2+ myofibroblasts were located distally from tumor nests, and both CD4+ and CD8+ T cells were enriched around them. Functional experiments revealed that TDO2+ myofibroblasts were more likely to possess the ability for chemotaxis toward T cells but induced the transformation of CD4+ T cells into Tregs and caused CD8+ T cell dysfunction. We further showed that use of the TDO2 inhibitor LM10 attenuated the inhibitory states of T cells, restored the T cell antitumor response, and prevented the progression of OSCC malignant transformation in murine models. Our study reveals a multistep transcriptomic landscape of OSCC and demonstrates that TDO2+ myofibroblasts are potential targets for immunotherapy.<br/>La caracterización del cambio dinámico en el panorama inmunológico durante la transformación maligna de lesiones precancerosas a lesiones cancerosas en el carcinoma de células escamosas (CCE) es fundamental para la aplicación de la inmunoterapia. Aquí, realizamos ARN-Seq unicelular (scRNA-Seq) de 131,702 células de 13 tejidos cancerosos de carcinoma oral de células escamosas (OSCC), 3 muestras de leucoplasia oral precancerosa y 8 muestras normales adyacentes. Encontramos que las células T CD4+ y CD8+ infiltrantes de tumores fueron inhibidas funcionalmente por ligandos inmunosupresores expresados en varios tipos de células mieloides o neutrófilos en el proceso de carcinogénesis oral. En particular, identificamos un subconjunto de miofibroblastos que expresaban exclusivamente triptófano 2,3-dioxigenasa (TDO2). Estos miofibroblastos TDO2+ se localizaron distalmente de los nidos tumorales, y las células T CD4+ y CD8+ se enriquecieron a su alrededor. Los experimentos funcionales revelaron que los miofibroblastos TDO2+ tenían más probabilidades de poseer la capacidad de quimiotaxis hacia las células T, pero indujeron la transformación de las células T CD4+ en Treg y causaron disfunción de las células T CD8+. Además, demostramos que el uso del inhibidor de TDO2 LM10 atenuaba los estados inhibidores de las células T, restauraba la respuesta antitumoral de las células T y evitaba la progresión de la transformación maligna de OSCC en modelos murinos. Nuestro estudio revela un panorama transcriptómico de múltiples etapas de OSCC y demuestra que los miofibroblastos TDO2+ son dianas potenciales para la inmunoterapia.<br/>إن توصيف التغيير الديناميكي في المشهد المناعي أثناء التحول الخبيث من الآفات السابقة للتسرطن إلى الآفات السرطانية في سرطان الخلايا الحرشفية أمر بالغ الأهمية لتطبيق العلاج المناعي. هنا، أجرينا تسلسل الحمض النووي الريبي أحادي الخلية (scRNA - Seq) لـ 131,702 خلية من 13 نسيجًا سرطانيًا لسرطان الخلايا الحرشفية عن طريق الفم (OSCC)، و 3 عينات من الطلاوة الفموية السابقة للتسرطن، و 8 عينات طبيعية مجاورة. وجدنا أن الخلايا التائية CD4+ و CD8+ المرشحة للورم تم تثبيطها وظيفيًا بواسطة الأربطة المثبطة للمناعة التي يتم التعبير عنها على أنواع مختلفة من الخلايا النخاعية أو العدلات في عملية التسرطن الفموي. والجدير بالذكر أننا حددنا مجموعة فرعية من الخلايا الليفية العضلية التي تعبر حصريًا عن التريبتوفان 2،3 -ثنائي أكسجين (TDO2). تم وضع الخلايا الليفية العضلية TDO2 + بعيدًا عن أعشاش الورم، وتم إثراء كل من الخلايا التائية CD4 + و CD8 + حولها. كشفت التجارب الوظيفية أن الخلايا الليفية العضلية TDO2 + كانت أكثر عرضة لامتلاك القدرة على الانجذاب الكيميائي نحو الخلايا التائية ولكنها تسببت في تحويل الخلايا التائية CD4+ إلى خلايا تريج وتسببت في خلل وظيفي في الخلايا التائية CD8 +. أظهرنا كذلك أن استخدام مثبط TDO2 LM10 يضعف الحالات المثبطة للخلايا التائية، ويستعيد الاستجابة المضادة للورم للخلايا التائية، ويمنع تطور التحول الخبيث لمركز تنسيق العمليات في الموقع في نماذج الفئران. تكشف دراستنا عن مشهد نصي متعدد الخطوات لمركز تنسيق العمليات في الموقع وتوضح أن الخلايا الليفية العضلية TDO2 + هي أهداف محتملة للعلاج المناعي.<br/>