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陈有海团队 Nature Cancer 报道髓系细胞检查点,会是癌症免疫治疗下一个热点吗​?​

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2018 年诺贝尔生理学或医学奖颁发给了美国免疫学家詹姆斯・P・艾利森(James Allison)以及日本免疫学家本庶佑以表彰他们发现免疫检查点治疗癌症方面的贡献。以淋巴细胞检查点(如 PD1、CTLA-4)为靶点的免疫疗法已经彻底改变了癌症治疗,也是近年来肿瘤免疫研究领域的热点方向。然而,这种治疗方法对于大部分癌症患者效果并不是特别好

以往对于免疫检查点的研究多是集中在 T 淋巴细胞上,对于髓系细胞检查点的关注较少。骨髓来源的抑制细胞(MDSCs)对于肿瘤的发生发展也起到重要作用,MDSCs 的缺失可显著增强小鼠的抗肿瘤免疫。然而,是否存在可以靶向治疗癌症的髓系细胞检查点,至今尚不明确

图片来源:Nature Cancer

2020 年 5 月 18 日,宾夕法尼亚大学佩医学院的陈有海团队Nature Cancer 上在线发表了题为 c-Rel is a myeloid checkpoint for cancer immunotherapy 的研究成果。该研究发现 c-Rel 是诱导 MDSCs 分化进而促进癌症发展的关键因子,同时阻断 c-Rel 和淋巴检查点 PD1 在治疗癌症方面比单独阻断任一种更有效。因此,c-Rel 可能作为一个靶向治疗癌症的髓系细胞检查点

图片来源:Nature Cancer



研究内容


敲除 MDSCs 中 Rel 基因能起到抑制肿瘤的作用



Rel 基因缺陷阻断肿瘤生长并减少 MDSCs

作者首先探究了 c-Rel 在肿瘤发生中的作用,他们将黑色素瘤(B16F0 和 B16F10)和淋巴瘤(EL4)细胞注射到野生型和 Rel 基因缺失(Rel−/−小鼠中。与野生型小鼠相比,Rel−/−小鼠的肿瘤大小和重量减少了 80%。

进一步地,作者构建了髓系细胞 c-Rel 条件性敲除的小鼠,同样发现 c-Rel 的缺失显著降低了肿瘤的生长。

图片来源:Nature Cancer


Rel 基因敲除的 MDSCs 抑制 T 细胞免疫的功能降低

为了确定 Rel 基因敲除的 MDSCs 抑制 T 细胞免疫的功能是否发生变化,作者将它们与 CD8+ 细胞毒性 T 细胞共培养。与野生型 MDSCs 相比,Rel 基因敲除的 MDSCs 抑制活性明显降低。

图片来源:Nature Cancer


c-Rel 的缺失可诱导 MDSCs 的促炎极化

作者还发现 c-Rel 的缺失可诱导 MDSCs 的促炎极化,其特征是糖酵解增加和线粒体呼吸减少,这些特性让人联想到促炎巨噬细胞。(巨噬细胞的极化一直是一个研究热点,或许 MDSCs 的极化也会成为下一个热点?)

图片来源:Nature Cancer


c-Rel 敲除的 MDSCs 有选择性地启动抗肿瘤基因表达,而不启动促肿瘤基因表达

作者进一步地做了 RNA-seq 来比较 c-Rel 敲除的 MDSCs 的转录组的变化,结果发现 Rel 敲除的 MDSCs 中许多促肿瘤基因(如 Arg1、Cebpb 和 Nos2)的表达下调,而上调许多抗肿瘤基因(如 Il1b、Tnfa 和 Il12p40)的表达上调
图片来源:Nature Cancer


c-Rel 增强小体调控 MDSCs 基因的表达


c-Rel 作为转录因子可通过直接结合其靶基因的调控区域来发挥功能。所以作者进行了启动子激活、染色质免疫沉淀(ChIP)和 Re-ChIP 分析。结果发现,在骨髓来源的 MDSCs 中,c-Rel 可结合 Cebpb 和 Arg1 基因启动子。Re-ChIP 分析显示,转录因子 C/EBPβ、pSTAT3 可以和 c-Rel 结合到相同的启动子元件上,表明形成了单一的增强小体复合物(转录复合体)

图片来源:Nature Cancer


进一步地,作者发现在 Rel 敲除的 MDSCs 中 Cebpb 基因表达显著降低,而在 Rel 敲除的 MDSCs 中过表达 Cebpb 挽救了 Rel 敲除带来的表型,其中包括促炎细胞因子基因 Il12b、Il6、Tnfa、Il1b 和 Arg1 的表达。提示 c-Rel 通过调节 Cebpb 间接抑制促炎细胞因子的表达

图片来源:Nature Cancer


药物抑制 c-Rel 可阻断肿瘤发生,增强 PD1 抗体的抗肿瘤作用


进一步地,作者利用他们之前开发的 c-Rel 抑制剂(R96A)来探究 c-Rel 是否可能作为肿瘤的免疫治疗靶点。结果如预期所料,c-Rel 抑制剂能有效抑制 MDSCs 的生成或功能,并起到抑制肿瘤的作用。此外,作者还发现 c-Rel 抑制剂和 PD1 抗体在抑制小鼠肿瘤生长方面是一样有效的,且 PD1 抗体联合 c-Rel 抑制剂对肿瘤生长能起到更强的抑制作用

图片来源:Nature Cancer

最后作者还在MDSCs 上验证了部分结果,提示这类疗法可能对癌症患者有效

图片来源:Nature Cancer

总结


作者最后根据本研究的结果提出了一种抗肿瘤免疫调节模型:在肿瘤发生过程中,肿瘤分泌分子如 GM-CSF,通过骨髓前体细胞中的磷酸肌醇 3 激酶(PI3K)和 IκB 激酶抑制剂(IKK)通路激活 c-Rel;炎性细胞因子如 IL-6 激活 STAT3 和 C/EBPβ。激活的转录因子进入细胞核,结合 MDSCs 标签基因的启动子或增强子(如 Cebpb 或 Arg1),形成特异性增强小体(转录复合体),启动 MDSCs 分化。由此产生的 MDSCs 抑制CD8+ T 细胞等抗肿瘤免疫反应,并促进肿瘤进展。

这篇文章中也还有尚未解决的问题,例如尚不清楚为什么 c-Rel 在 MDSCs 促进免疫抑制基因的转录,但在巨噬细胞中促进促炎因子的转录。对 c-Rel 在巨噬细胞和 MDSCs 中的表达、激活和与启动子的相互作用进行详细的研究,可能会揭示一些重要的线索,从而为控制骨髓细胞介导的免疫抑制的治疗方法奠定基础。

简而言之,这篇文章发现 c-Rel 作为肿瘤发生的危险因子,在促癌的 MDSCs 的生成中起重要作用。因此,阻断 c-Rel 是一种治疗癌症的免疫治疗策略。目前对于免疫检查点的研究多集中在 T 淋巴细胞上,这篇文章或许可以为我们打开更加开阔的思路。

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