Science：免疫疗法耐药性背后的“帮凶”

EPFL、路德维希癌症研究所和CHUV的科学家们已经发现了一种帮助肿瘤逃避免疫系统攻击的关键蛋白质，这导致了临床对免疫治疗反应不佳。

　　

   

   

肿瘤中缺乏FMRP的癌细胞(绿色)被杀伤T细胞(CD8)浸润并附着。    

图片来源:Jeremy Guillot (Hanahan实验室- EPFL)。

免疫疗法是一种尖端的治疗癌症的方法，它通过使患者自身的免疫系统对抗肿瘤。我们对身体调节免疫反应机制的知识不断增加，这对我们对抗癌症具有革命性的意义。

但是，尽管免疫疗法的成功率很高，但它还是一次又一次地遇到了一个顽固的障碍:肿瘤细胞往往会躲过试图摧毁它们的免疫细胞的“雷达”。这进而导致了治疗耐药，在许多情况下，如果能更深入地理解有助于避免耐药的机制，就会对耐药产生好处。

由EPFL的科学家领导的一项新研究现在发现了一种蛋白质，它在帮助肿瘤逃避免疫破坏方面发挥着关键作用。这种蛋白质被命名为“脆性X智力障碍蛋白”(FMRP)，它调节肿瘤微环境中的基因和细胞网络，使其有能力“隐藏”免疫细胞。在正常情况下，FMRP参与调节神经元中蛋白质的翻译和mRNA的稳定性。但研究人员发现，它在多种癌症中异常上调。

这项发表在《Science》杂志上的研究是由瑞士实验癌症研究所(ISREC)和路德维希癌症研究所洛桑分院的Douglas Hanahan团队的研究人员以及来自洛桑大学医院(CHUV)和其他瑞士机构的同事领导的。这一发现也导致了EPFL的一个分支，Opna Bio，其员工也参与了这项研究。

这个想法来自于先前的研究，这些研究表明，自然过表达FMRP的癌细胞具有侵袭性和转移性。其他研究表明，相反，如果FMRP未能在发育中的神经元中表达，就会导致认知缺陷(因此该蛋白质名称中的“智力迟钝”部分)。有了这些证据，研究人员开始研究FMRP在人类肿瘤中的表达。然后他们评估了它在小鼠癌症模型中的促肿瘤功能，最后研究了它与人类癌症患者预后的关系。这项研究包括几个数据收集步骤。首先，科学家们对人体肿瘤组织进行FMRP免疫染色。大多数肿瘤检测呈阳性，而相应的正常组织则没有。这意味着FMRP在癌细胞中特异性高表达。

然后，研究小组进入了他们研究的主要部分，即确定FMRP在这些肿瘤中的功能意义——它们表达这种蛋白质，但它有什么作用呢?

FMRP与免疫系统有关  

为了探究这一点，科学家们开发了所谓的“敲除”癌细胞系。基因敲除细胞或生物通过基因工程使其失去——“敲除”——一个特定的基因，以便找到有关其功能的线索。基本上，无论基因被敲除的细胞与保留该基因的细胞(称为“野生型”)相比发生了什么变化，通常都可以追溯到缺失的基因。

在这种情况下，科学家们使用著名的CRISPR-Cas9基因编辑技术敲除了在小鼠癌细胞中产生FMRP的基因(称为FMR1)，这些癌细胞来源于胰腺、结肠、乳腺和皮肤黑色素细胞。然后，他们将敲除FMRP的癌细胞与仍含有FMR1基因并表达FMRP蛋白的癌细胞进行比较。

研究人员首先在免疫系统受损的小鼠中评估了含有FMRP敲除癌细胞的肿瘤小鼠和含有FMRP野生型细胞的肿瘤小鼠之间的生存率。比较显示了相似的生存率。值得注意的是，当他们将敲除的肿瘤与免疫系统正常运行的小鼠体内生长的野生型肿瘤进行比较时，他们发现没有FMRP的肿瘤生长得更慢，动物存活时间更长。这部分研究表明，FMRP本身与刺激肿瘤生长无关，而是与适应性免疫系统(我们用疫苗“训练”的免疫系统的一部分)有关。

观察到野生型肿瘤浸润性T淋巴细胞极少，而敲除型肿瘤高度炎症，进一步证实了这一点。从FMRP敲除的肿瘤中消耗T细胞导致它们开始更快地生长，降低了小鼠的存活率，这意味着FMRP在某种程度上参与了肿瘤逃避免疫系统。

带有FMRP的肿瘤如何抵御免疫细胞  

该团队继续对敲除型和野生型肿瘤进行分子遗传分析。这揭示了整个基因组中基因转录的显著差异，表明FMRP与多个基因相互作用。此外，肿瘤显示出癌细胞、巨噬细胞和T细胞丰度的显著差异，进一步暗示了FMRP在调节免疫系统成分中的作用。

研究的下一阶段观察了与独特免疫反应相关的特定因素的产生——逃避或者攻击。研究发现，表达FMRP的肿瘤会产生白细胞介素-33，这是一种诱导调节性T细胞产生的蛋白质，调节性T细胞是一种抑制免疫反应的T细胞亚群。它们还会产生蛋白质S，一种众所周知能促进肿瘤生长的糖蛋白。最后，肿瘤产生外泌体，这是一种细胞器，被证明可以触发一种巨噬细胞的产生，而巨噬细胞通常有助于伤口愈合和组织修复。总的来说，这三种因素都具有免疫抑制作用，有助于形成肿瘤屏障，抵御T淋巴细胞的攻击。

相比之下，FMRP敲除肿瘤细胞实际上下调了所有三种因子(白细胞介素-33、蛋白S和外泌体)，而上调了一种名为“C-C基序趋化因子配体7”(CCL7)的不同趋化因子，该趋化因子有助于招募和激活T细胞。这一过程通过诱导免疫刺激(而非免疫抑制)巨噬细胞进一步辅助。这些细胞产生另外三种促炎蛋白，与CCL7一起招募T细胞。

预测人类患者的免疫治疗结果  

在临床背景下，问题是FMRP水平是否有助于形成接受免疫治疗患者的预后。与直觉相反，FMR1基因的mRNA和FMRP蛋白水平都不足以预测癌症患者队列的预后。

为了解决这个问题，研究人员建立在这样一个事实之上:在细胞中，FMRP通过直接结合mRNA来上调或下调其稳定性。这意味着FMRP可能会改变转录组数据集中的RNA水平，这些数据可以被收集来定义“基因签名”，以帮助跟踪其功能活性。这种方法奏效了，科学家们可以通过156个基因的网络来追踪FMRP的癌症调节活性的基因特征。

FMRP癌症网络活性特征被证明是多种人类癌症生存率差的预后因素，这与FMRP的免疫抑制作用一致，并且，在一些患者中，它与免疫治疗的不良反应有关。研究表明，FMRP调节肿瘤微环境中的基因和细胞网络，所有这些都有助于肿瘤逃避免疫破坏。

Douglas Hanahan说:“在研究实体肿瘤复杂的细胞组成几十年之后，我个人对我们的发现感到惊讶，我们发现一种附加的神经元调节蛋白——FMRP——可以协调形成一个多方面的保护屏障，以抵御免疫系统的攻击，从而限制了免疫疗法的好处，从而使FMRP成为癌症的一个新的治疗靶点。”

Aberrant hyperexpression of the RNA binding protein FMRP in tumors mediates immune evasion