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？

2020-07-08

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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在 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

最后作者还在人 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。