GM-CSF作用于多种细胞促进炎症发生,其受体CD116是目前药物研发的靶点。而且虽然其介导的慢性炎症环境是肿瘤发生的基础,但也能在肿瘤发展过程中调节免疫反应,也具有肿瘤治疗的潜力。
单核-巨噬细胞集落刺激因子(GM-CSF)由多种细胞产生,最初被定义为一种造血因子,但随研究的深入发现其并非调控稳态环境中骨髓细胞生成的关键,而是作为一种炎症介质调节先天和适应性免疫。
GM-CSF表达失调会导致多器官骨髓细胞数量异常增加,并作用于这些成熟骨髓细胞介导组织炎症。在炎症环境中,GM-CSF主要由Th细胞产生,是沟通T与骨髓细胞间通讯的重要桥梁。
靶细胞
单核细胞
致病性T细胞(主要是Th)产生GM-CSF可诱导单核细胞的炎症相关基因激活,促进其参与炎性小体形成、炎性吞噬作用、趋化性。
同时,单核源性细胞分泌的IL-1β可以返回作用于T细胞,诱导T细胞再表达GM-CSF,形成一个信号强化回路,参与CNS相关炎症。
Semin Immunol. 2021 Apr;54:101518.
在肾脏中,由Th1细胞产生的GM-CSF作用于单核源性细胞,促进其产生金属蛋白酶12(MMP12),通过切割肾小球基底膜结构导致组织破坏,加重肾小球肾炎,导致终末期肾病。
使用抗CCR2抗体阻断单核细胞向肾脏浸润来治疗肾小球炎 Sci Transl Med. 2023 Mar 15;15(687):eadd6137.
在GM-CSF信号刺激下,(骨髓中生成的)单核细胞不仅仅是直接介导炎症细胞,还可作为巨噬细胞的前体。
巨噬细胞
巨噬细胞是GM-CSF最主要靶细胞。
在炎症中,T细胞产生的GM-CSF作为“信使”调节巨噬细胞功能,促进巨噬细胞向炎症部位募集和产生IL-1β直接诱导组织损伤。
生理稳态的条件下,GM-CSF对肺泡巨噬细胞发育和维持非常重要,GM-CSF受体缺陷型小鼠会表现出严重的肺泡蛋白沉积症。在病毒感染时缺乏GM-CSF也会因缺乏巨噬细胞导致严重的呼吸衰竭。
肺泡巨噬细胞(AM)特征CD45+CD11c+ PLoS Pathog. 2014 Apr 3;10(4):e1004053.
在腹主动脉瘤(AAA)小鼠模型中,Tconv细胞产生GM-CSF后通过上调干扰素调节因子5(IRF5)促进巨噬细胞极化为促炎的M1表型,同时增加单核细胞向主动脉浸润,促进AAA疾病进展。
FASEB J. 2022 Mar;36(3):e22172.
其他GM-CSF促进巨噬细胞炎症表型的转录因子还有IRAF4、PU.1、PPARγ。
在肿瘤微环境(TME)中,GM-CSF-STATA5信号调控肿瘤相关巨噬细胞(TAM)存活、增殖,通过形成慢性炎症环境促进肿瘤发生。同时GM-CSF还促进TAM表达免疫抑制性配体(如PD-L1、PD-L2),并通过诱导MDSC进入肿瘤组织破坏T细胞肿瘤免疫功能。
Gut. 2022 Jul;71(7):1386-1398.
DC细胞
GM-CSF是第一个被发现能够在体外促进单核和造血祖细胞向DC细胞分化的细胞因子,也一直作为DC细胞的体外分化方案。不过稳态情况下GM-CSF表达量极低,正常小鼠模型GM-CSF缺陷并不会对DC细胞生成产生很大影响。
在肺部,GM-CSF除了维持巨噬细胞发育外,还作用于DC细胞驱动Th2/Th17细胞进行抗原提呈,DC也产生GM-CSF促进中性粒细胞向气道募集诱导从而过敏性气道炎症。因此GM-CSF是慢性哮喘的潜在治疗靶点。
cDC1和cDC2分别通过不同信号通路促进Th2和Th17细胞极化 J Allergy Clin Immunol. 2021 Jun;147(6):2118-2133.e3.
在类风湿关节炎(RA)患者中,来自关节滑液的CD4+T通过产生GM-CSF促进单核细胞分化为滑膜炎性CD1c+DC细胞(infDC)。infDC进一步促进CD4+T产生GM-CSF形成增强环路,并诱导CD4+T细胞产生IL-17、IFN-γ促进疾病进展。
Ann Rheum Dis. 2016 May;75(5):899-907.
嗜酸性粒细胞
GM-CSF可以介导嗜酸性粒细胞迁移,在慢性结肠炎中,增多的嗜酸性粒细胞被认为是驱动疾病的主要因素。
GM-CSF还可以促进嗜酸性粒细胞向肺部迁移,与急性过敏性哮喘相关。
屋尘螨(HDM)动物模型中,中和GM-CSF可以使嗜酸性粒细胞数量减少,并且以未知机制介导Th2反应受损。
中性粒细胞
炎症部位产生的GM-CSF可以远程控制造血细胞,促进炎性细胞产生、动员、募集,加剧组织炎症。
脊柱关节严重等慢性炎症中,Th产生的GM-CSF会使脾、关节处髓外造血功能增强,导致组织毒性中性粒细胞积聚,促进疾病恶化。
GM-CSF还可以通过旁分泌将循环中的中性粒细胞募集到感染部位,增强机体免疫防御。重组GM-CSF已被用于治疗中性粒细胞减少症,但存在脱靶效应。
小结
GM-CSF作用于多种细胞促进炎症发生,其受体CD116是目前药物研发的靶点。而且虽然其介导的慢性炎症环境是肿瘤发生的基础,但也能在肿瘤发展过程中调节免疫反应,也具有肿瘤治疗的潜力。
参考资料
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Ingelfinger F et al. GM-CSF: Master regulator of the T cell-phagocyte interface during inflammation. Semin Immunol. 2021 Apr;54:101518.
Paust HJ et al. CD4+ T cells produce GM-CSF and drive immune-mediated glomerular disease by licensing monocyte-derived cells to produce MMP12. Sci Transl Med. 2023 Mar 15;15(687):eadd6137.
Schneider C et al. Alveolar macrophages are essential for protection from respiratory failure and associated morbidity following influenza virus infection. PLoS Pathog. 2014 Apr 3;10(4):e1004053.
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Reynolds G et al. Synovial CD4+ T-cell-derived GM-CSF supports the differentiation of an inflammatory dendritic cell population in rheumatoid arthritis. Ann Rheum Dis. 2016 May;75(5):899-907.
来源:闲谈 Immunology 2023-04-24
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