Gealterte Neutrophile sezernieren CCL3, um das Tumorwachstum bei verschiedenen Krebsarten zu fördern

Neutrophile gehören zu den häufigsten Immunzellen in Tumoren, doch ihre funktionelle Vielfalt war aufgrund ihres niedrigen RNA-Gehalts schwer im großen Maßstab zu untersuchen – dieser führt dazu, dass sie von den Standard-Qualitätsfiltern der Einzelzell-RNA-Sequenzierung (scRNA-seq) aussortiert werden. Dieser technische blinde Fleck hat wesentliche Fragen offengelassen: Welche Neutrophilen-Zustände sind tatsächlich pro-tumorigenic, und sind einige davon über Krebsarten hinweg konserviert?

Zur Lösung dieses Problems entwickelten Bolli und Kollegen einen auf logistischer Regression basierenden Zelltyp-Wahrscheinlichkeits-Klassifikator, der anhand eines inDrop-Datensatzes trainiert wurde, der Neutrophile effizient erfasst. Vor jeder Genanzahl-Filterung angewendet, ermöglichte der Klassifikator die Gewinnung von 23- bis 67-fach mehr Neutrophilen als konventionelle Schwellenwerte – und zwar in Kohorten mit Kopf-Hals-Plattenepithelkarzinom (HNSCC), Ösophagus-Plattenepithelkarzinom (ESCC) und nicht-kleinzelligem Lungenkarzinom (NSCLC). Die Genauigkeit wurde durch Übereinstimmung mit CD66b-Immunhistochemie, Durchflusszytometrie-Antikörpermarkierung und Neutrophilen-angereicherten Sequenzierungsdatensätzen validiert. Der Klassifikator erzeugte außerdem einen Neutrophilen-Abundanz-Prädiktor aus Bulk-RNA-seq, der eine weit verbreitete Referenzsignatur übertraf und in der multivariaten Cox-Regression über 8.305 TCGA-Patienten hinweg eine unabhängige prognostische Variable blieb – vergleichbar in seiner Stärke mit dem etablierten CXCL9/SPP1-Makrophagen-Polaritätsscore.

Die Anwendung des Klassifikators auf mehr als 190 humane und murine Tumorproben offenbarte eine konservierte TAN-Differenzierungstrajektorie, die in einem terminalen CCL3-high-Zustand endet. Diese CCL3-hi-TANs waren angereichert mit Transkriptionsprogrammen, die mit hypoxischer Adaptation, Seneszenz und pro-tumoraler Aktivität assoziiert sind. Räumliche und durchflusszytometrische Analysen bestätigten, dass CCL3-hi-TANs bevorzugt hypoxische Nischen innerhalb von Tumoren beider Spezies besetzen. Der CCL3-hi-Zustand stimmte mit zuvor beschriebenen Merkmalen „gealterter" Neutrophiler überein, darunter CXCR4-Hochregulierung und CD62L-Herunterregulierung.

Um Kausalität nachzuweisen, verwendete das Team zwei komplementäre genetische Mausstrategien: CRISPR/Cas9-vermittelten Neutrophilen-spezifischen CCL3-Knockout und ER-Hoxb8-basierte Gewinn/Verlust-von-Funktion-Modellierung. Die Neutrophilen-spezifische CCL3-Deletion reduzierte die TAN-Akkumulation gezielt in hypoxischen Tumorbereichen und beeinträchtigte das Tumorwachstum, ohne Neutrophile insgesamt zu verringern. Mechanistisch signalisierte CCL3 über CCR1 auf den TANs selbst und unterstützte autokrine/parakrine Überlebenssignale in der feindlichen hypoxischen Mikroumgebung.

Diese Erkenntnisse rahmen CCL3 nicht mehr nur als inflammatorisches Chemokin ein, sondern als konservierten funktionellen Treiber gealterter, pro-tumoraler Neutrophiler. Das hier vorgestellte skalierbare Klassifikator-Framework öffnet die Tür zu einem systematischen Neutrophilen-Profiling über die gesamte Breite bestehender onkologischer scRNA-seq-Datensätze, und die CCL3–CCR1-Signalgebung erweist sich als vielversprechende therapeutische Achse.