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【医学与健康科技创新工程进展快报第102期】

基础医学研究所黄波教授团队发现细胞柔软性介导肿瘤免疫逃逸

2021年1月15日,中国医学科学院基础医学研究所黄波团队在Cancer Research发表了“Cell Softness Prevents Cytolytic T-cell Killing of Tumor-Repopulating Cells”的论文。研究报道了在较软的肿瘤再生细胞(TRC)中,肌动蛋白较少,通过MYH9介导的穿孔素成孔力较小,从而影响穿孔素在TRCs中成孔,使较软的TRCs难以被T细胞杀死。

目前PD-1阻断抗体和CAR-T治疗在临床上取得了前所未有的成功,接受治疗的患者的最初治疗效果非常好,但癌症患者的复发率仍然很高。这表明肿瘤细胞亚群可能能够逃避T细胞杀伤,或对T细胞杀伤具有内在抵抗力。然而,到目前为止,潜在的机制仍然是个谜。已经提出的一些机制,如MHC I类的下调、抑制性受体的上调和/或可溶性免疫抑制分子的分泌,可以解释肿瘤细胞如何避免T细胞识别和随后的攻击,但是这些理论都没有直接解决某一肿瘤细胞亚群可以通过不同机制抵抗T细胞介导的杀伤的可能性。我们以前的研究已经证明,CTL很难杀死肿瘤再生细胞(TRC)。有趣的是,肿瘤细胞和TRCs都能被CTL识别,这表明T细胞杀伤的抗性是由T细胞功能受损以外的机制介导的。穿孔素和颗粒酶是CTL杀伤肿瘤细胞的重要途径。在识别肿瘤细胞之后,T细胞释放穿孔素,穿孔素在靶细胞膜上形成孔隙,允许颗粒酶进入细胞,从而引发细胞凋亡。肿瘤细胞在这个阶段是否能逃避T细胞的杀伤还没有很好的证据。

在本研究中,我们发现TRCs通过破坏穿孔素孔形成的机械软化机制逃避CTL杀伤,而细胞柔软性的下调(即细胞硬度的上调)通过允许穿孔素介导的孔形成增强了TRCs的CTL杀伤。穿孔素可以与某些膜相关蛋白相互作用,从而与MYH9结合并由于其构象的变化而提高ATPase的酶活性。因此,由ATP释放的能量产生的收缩力增强,从而推动肌动蛋白丝。结果,相反的力增加,并通过MYH9转移到穿孔素。我们认为对于僵硬的肿瘤细胞,穿孔素-MYH9相互作用会产生强烈的反作用力,进而影响和改变穿孔素的构象,从而触发随后的化学过程。相反,对于软性肿瘤细胞,这种相互作用会产生微弱的反作用力,这种反作用力不能改变其构象,因此不能触发随后的化学过程。此外,虽然传统上认为MYH9受肌球蛋白轻链调控,但本研究表明MYH9可能受穿孔素的机械调控,从而绕过化学信号触发的肌球蛋白轻链调控。

本研究的另一个重要方面是报道了原子力显微镜(AFM)的方法来观察免疫细胞和肿瘤细胞质膜上的孔隙。我们发现,穿孔素在硬细胞中容易形成较多的孔隙,而在软细胞中则难以形成孔隙。用Jas使软细胞变硬会使穿孔素在软细胞中形成更大的孔隙。已有研究报道Jas通过靶向肌动蛋白骨架而具有抗肿瘤作用。然而,鉴于肌动蛋白细胞骨架的基本功能,Jas治疗可能会引起副作用。本研究为Jas联合T细胞免疫治疗在低剂量、低副作用的条件下产生更好的抗肿瘤效果提供了一个契机。

本研究揭示了细胞柔软性是TRCs逃避T细胞杀伤的基本机制。这可能为CAR-T细胞或PD-1阻断治疗的患者恶性细胞免疫逃逸提供了一个潜在的解释。这一机制的阐明提供了深入了解为什么临床肿瘤复发后存在有效的免疫治疗。目前,利用肿瘤干细胞(CSC)特异性抗原诱导抗CSC T细胞免疫的T细胞疗法具有更好的靶向性,如果与僵硬增强剂结合,可能会更好地杀伤CSC。基于我们的发现,有可能开发出有前途的方法来攻击那些难治性的干细胞样肿瘤细胞。

本研究工作得到中国医学科学院医学与健康科技创新工程(2016-I2M-1-007)等项目的资助。基础医学研究所黄波教授为论文通讯作者,刘玉英副研究员(基础医学研究所)、张恬真博士生(基础医学研究所)、张海增教授(中国医学科学院肿瘤医院)为论文的共同第一作者。


论文链接:https://cancerres.aacrjournals.org/content/81/2/476