靶向ICAM1通过β-连环蛋白/PD-L1信号通路抑制胶质母细胞瘤干细胞特性并增强抗肿瘤免疫

《Nature Communications》：Inhibition of ICAM1 diminishes stemness and enhances antitumor immunity in glioblastoma via β-catenin/PD-L1 signaling

本研究针对胶质母细胞瘤（GBM）干细胞（GSCs）介导的免疫逃逸机制不明确的问题，通过多组学分析及功能实验，揭示ICAM1通过结合ZNRF3诱导其自泛素化降解，激活Wnt/β-catenin信号通路，进而上调PD-L1表达。联合靶向ICAM1与PD-1可显著抑制肿瘤生长并延长生存期，为GBM免疫治疗提供新策略。

　　

胶质母细胞瘤（GBM）作为最具侵袭性的原发性脑肿瘤，五年生存率长期徘徊在5%左右，其治疗困境主要源于肿瘤干细胞（GSCs）驱动的异质性、复发倾向及治疗抵抗。尤其值得关注的是，GBM属于免疫"冷"肿瘤，对免疫检查点阻断（ICB）疗法反应有限，这促使科学家深入探索GSCs调控免疫微环境的具体机制。

为破解这一难题，研究团队通过系统性筛选发现细胞间黏附分子1（ICAM1）在GSCs中显著高表达，且与患者不良预后密切相关。机制研究表明，ICAM1与跨膜E3泛素连接酶ZNRF3结合，诱导其发生自泛素化降解，从而稳定LRP6受体，激活Wnt/β-catenin信号通路。该通路的激活不仅直接增强GSCs的自我更新能力和肿瘤形成能力，更关键的是通过β-catenin与TCF/LEF转录因子结合，直接上调免疫检查点分子PD-L1的表达，形成免疫抑制微环境。

研究进一步利用免疫健全小鼠模型证实，ICAM1过表达导致细胞毒性CD8⁺T细胞浸润减少和耗竭状态加剧，而PD-1阻断可逆转这种免疫抑制。更引人注目的是，抗ICAM1抗体与抗PD-1抗体的联合治疗展现出协同抗肿瘤效果，在ICAM1高表达GBM模型中实现肿瘤完全消退和生存期显著延长。

关键技术方法包括：基于癌症基因组图谱（TCGA）和中国胶质瘤基因组图谱（CGGA）数据库的生物信息学分析；患者来源GSCs培养及慢病毒介导的基因敲降/过表达；蛋白质免疫印迹、免疫共沉淀和微量热泳动技术验证分子相互作用；流式细胞术和飞行时间质谱流式（CyTOF）分析肿瘤免疫微环境；原位胶质瘤小鼠模型评估治疗疗效。

ICAM1作为GSCs干性调控因子的鉴定

通过整合细胞表面蛋白组、生存关联分析和干细胞特征相关性筛选，ICAM1被确定为同时影响GSCs干性和免疫调节的关键靶点。临床数据分析显示，ICAM1在GBM组织中表达升高，且高表达患者总生存期缩短。

ICAM1维持GSCs自我更新、增殖及成瘤性

功能实验表明，敲低ICAM1可显著抑制GSCs球体形成能力和增殖速率，并下调干性标志物（Nestin、Sox2、CD44）；而过表达ICAM1则产生相反效果。小鼠颅内移植模型证实ICAM1敲低可延缓肿瘤生长并延长生存期。

ICAM1通过Wnt/β-catenin信号通路调控GSCs干性

基因集富集分析提示ICAM1高表达与Wnt信号通路激活显著相关。分子实验显示ICAM1敲低降低β-catenin核转位及下游靶基因表达，而ICAM1过表达可增强TCF/LEF报告基因活性。使用抑制剂ICG001阻断β-catenin信号可逆转ICAM1过表达引起的干性增强。

ICAM1通过结合并促进ZNRF3自泛素化激活Wnt/β-catenin信号

ICAM1与ZNRF3直接结合（K_d=580 nM），诱导其泛素化降解，进而稳定Wnt受体LRP6。蛋白酶体抑制剂MG132可阻断ICAM1介导的ZNRF3降解，证实该过程依赖泛素-蛋白酶体途径。

PD-L1作为ICAM1-Wnt/β-catenin信号下游靶点促进免疫逃逸

ICAM1过表达显著上调PD-L1而非其他免疫调节分子（CD47、CD24等）。荧光素酶报告基因实验证实β-catenin可直接结合CD274（PD-L1编码基因）启动子区域。共培养实验表明抗PD-L1抗体或ICG001处理可增强CAR-T细胞对GSCs的杀伤效果。

PD-L1调控GSCs干性及成瘤性

PD-L1敲低可抑制GSCs增殖和球体形成，而其过表达能部分挽救ICAM1敲低导致的表型缺陷。在动物模型中，PD-L1缺失可逆转ICAM1过表达引发的肿瘤加速生长。

ICAM1作为免疫调节关键因子协同增强PD-1阻断疗效

抗PD-1单药治疗在ICAM1高表达模型中效果更显著。CyTOF分析显示ICAM1过表达导致细胞毒性CD8⁺T细胞减少和免疫抑制细胞增多，而联合阻断ICAM1与PD-1可协同重塑免疫微环境，实现长期肿瘤控制。

本研究首次揭示ICAM1-ZNRF3-β-catenin-PD-L1信号轴在GSCs干性维持和免疫逃逸中的核心作用，阐明ICAM1通过双重机制（增强干细胞特性与诱导免疫抑制）驱动GBM恶性进展。该发现不仅深化了对GSCs调控网络的理解，更为ICAM1高表达GBM患者提供了联合免疫治疗新范式，具有重要临床转化价值。