Abstract Tumor progression is accompanied by fibrosis, which is associated with diminished anti-tumor immune infiltrate. Here, we demonstrate that tumor infiltrating myeloid cells respond to the stiffened fibrotic tumor microenvironment (TME) by initiating a TGF-beta (TGFβ)-directed, collagen biosynthesis program. A collateral effect of this programming is an untenable metabolic milieu for productive CD8 T cell anti-tumor responses, as collagen-synthesizing macrophages consume environmental arginine, synthesize proline, and secrete ornithine that compromises CD8 + T cell function. Thus, a stiff and fibrotic TME may impede anti-tumor immunity not only by direct physical exclusion of CD8 + T cells, but also via secondary effects of a myeloid mechano-metabolic programming we identified that creates an inhospitable metabolic milieu for CD8 + T cells.

Collagen deposition and stromal stiffening accompany malignancy, compromise treatment, and promote tumor aggression. Clarifying the molecular nature of and the factors that regulate extracellular matrix stiffening in tumors should identify biomarkers to stratify patients for therapy and therapeutic interventions to improve outcome. We profiled lysyl hydroxylase- and lysyl oxidase-mediated collagen crosslinks and quantified the greatest abundance of total and complex collagen crosslinks in more aggressive human breast cancer subtypes with the stiffest stroma. These tissues also harbored the highest number of tumor-associated macrophages (TAM), whose therapeutic ablation not only reduced metastasis, but also concomitantly decreased accumulation of collagen crosslinks and stromal stiffening. Epithelial-targeted expression of the crosslinking enzyme lysyl oxidase had no impact on collagen crosslinking in PyMT mammary tumors, whereas stromal cell targeting did. Consistently, stromal cells in microdissected human tumors expressed the highest level of collagen crosslinking enzymes. Immunohistochemical analysis of a cohort of breast cancer patient biopsies revealed that stromal expression of lysyl hydroxylase two, an enzyme that induces hydroxylysine aldehyde-derived collagen crosslinks and stromal stiffening correlated significantly disease specific mortality. The findings link tissue inflammation, stromal cell-mediated collagen crosslinking and stiffening to tumor aggression and identify lysyl hydroxylase two as a novel stromal biomarker.