锰调节cGAS在细胞核质中的分布，从而增强全身性的抗肿瘤免疫力并促进远隔效应（即肿瘤部位以外的治疗效果）

《Cancer Letters》：Manganese mediates nucleoplasm distribution of cGAS to enhance systemic antitumor immunity and drive abscopal effect

锰离子（Mn2?）通过解除核抑制增强cGAS活性，促进放疗（RT）诱导的肿瘤内cGAS-STING通路激活及IFN-I分泌，协同RT提升全身抗肿瘤免疫并诱导旁观者效应。

　　

王天泽|吕子健|范润佳|刘洁洁|张燕|王春萌|明倩仪|陈美霞|贾玉琳|杨清明|江正凡|梅倩|韩伟东

中国人民解放军总医院第一医疗中心生物治疗科，北京，中国

摘要

由于免疫抑制机制和免疫激活不足，远隔效应仍然罕见且临床预测性差。这种现象可能源于环GMP-AMP合成酶（cGAS）在细胞核内的隔离，高亲和力的核小体-DNA相互作用会强烈抑制cGAS的激活。我们的研究阐明了锰（Mn²⁺）通过将其重新定位到细胞质并增强cGAS活性来克服这一限制的能力，从而实现远隔效应。我们证明Mn²⁺可以打破核小体对cGAS的束缚，使其能够有效感知双链DNA（dsDNA）并激活其活性。这种分子重编程增强了受照射肿瘤中的cGAS-STING信号通路和IFN-I的产生，从而增强全身抗肿瘤免疫力。值得注意的是，Mn²⁺通过激活T细胞直接发挥免疫刺激作用，产生协同治疗效益。在晚期转移性恶性肿瘤中的初步临床观察表明，Mn²⁺可增强放疗期间的远隔效应。这些发现从机制上阐明了Mn²⁺在调节肿瘤内在cGAS-STING激活和免疫效应功能方面的双重作用，支持将其与放疗联合用于克服肿瘤微环境的免疫抑制并诱导远隔效应。

引言

放疗（RT）是癌症管理的关键手段，旨在控制局部肿瘤进展并可能引发全身抗肿瘤效应，包括远隔效应1, 2, 3。随着免疫疗法的发展，远隔效应研究的重点转向了激活抗肿瘤免疫反应，特别是由T细胞介导的反应4, 5, 6, 7。然而，各种肿瘤特异性因素，如肿瘤抗原的低免疫原性、干扰素信号传导受损以及免疫检查点抑制剂的广泛存在，促进了肿瘤的免疫逃逸8, 9, 10, 11。因此，针对肿瘤细胞内在变化的策略有可能提高全身抗肿瘤疗效并增强远隔效应。

目前旨在引发远隔效应的策略主要集中在调节免疫系统上，例如使用免疫检查点抑制剂（ICIs）来激活获得性免疫4, 12, 13。尽管在临床研究中显示出希望，但远隔效应的发生率仍然较低14, 15，在最近将RT与ICIs结合的临床试验中，仅有约20-30%的有效性13, 16, 17，而在某些试验中甚至没有观察到远隔效应18, 19。这突显了需要新的方法，例如利用肿瘤细胞内在的cGAS-STING通路来激活全身免疫反应，以配合RT使用。

RT在肿瘤细胞胞质中激活cGAS-STING通路是RT触发抗肿瘤免疫的关键步骤20, 21。然而，最近的研究表明，在正常状态下70-80%的cGAS位于细胞核内，而RT等基因毒性物质引起的DNA损伤也会触发cGAS向细胞核的转移22, 23。cGAS与核小体之间的纳米摩尔级亲和力相互作用会抑制其催化功能24, 25。这种抑制通常可以防止基因组DNA的不必要激活，但也限制了其在RT期间对细胞质DNA的反应性。因此，RT引起的DNA损伤可能无法充分激活cGAS-STING通路26, 27, 28。开发释放和重新定位肿瘤细胞内cGAS的策略对于刺激全面的免疫反应至关重要。

Mn²⁺是一种重要的微量营养素，参与多种生理过程，包括调节抗肿瘤免疫29, 30。研究表明，Mn²⁺不仅增强了cGAS对双链DNA（dsDNA）的敏感性，还能独立于dsDNA直接与其结合并激活cGAS32, 33。Mn²⁺作为多级cGAS-STING激动剂发挥作用。然而，Mn²⁺在DNA损伤背景下激活肿瘤内在cGAS-STING通路的具体机制仍需进一步研究。研究发现Mn²⁺可以与cGAS结合，提示这种结合可能会影响cGAS在核小体中的保留[34]。

我们的研究验证了Mn²⁺诱导远隔效应的可行性，并对其潜在机制进行了深入探讨。这种cGAS-STING活性的增强和IFN-I产生的增加在RT后激活了全身抗肿瘤免疫力，为Mn²⁺与RT联合应用的临床应用奠定了基础。

部分摘录

细胞系

使用美国典型培养物收藏中心（ATCC）获取了B16F10、MC38、Panc02和B16F10-OVA细胞。这些细胞系在37°C和5% CO₂条件下，培养在添加了10% FBS（Gibco）和100 mg/mL链霉素-青霉素（PS）的DMEM或RPMI-1640（Gibco）培养基中。

小鼠

我们从SPF（北京）生物技术有限公司获得了6-8周大的雄性C57BL/6J（野生型）、Rag^-/-和NTG小鼠。OT-1小鼠来自江苏悟空生物技术有限公司。STING-KO小鼠由动物实验单位提供

Mn²⁺与放疗协同作用以引发远隔效应

为了研究Mn²⁺增强全身抗肿瘤免疫并与其联合引发远隔效应的潜力，建立了一个双侧肿瘤的小鼠模型。小鼠的双侧背部皮下注射了2×10⁵个B16F10黑色素瘤细胞，代表原发肿瘤和远隔肿瘤。原发肿瘤接受了三次6 Gy的放疗，而远隔肿瘤未接受放疗。MnCl₂通过腹腔注射每3小时给药一次

讨论

尽管RT能引起DNA损伤和肿瘤消退，并常与免疫疗法结合使用，但这种方法的疗效受到多种固有缺陷的限制39, 40。在本研究中，我们发现Mn²⁺通过缓解核小体对cGAS的束缚和功能抑制，显著增强了肿瘤内在的抗肿瘤免疫反应。释放到细胞质中的dsDNA与cGAS结合并激活它，进而催化cGAS-STING通路的激活

结论

总之，本研究表明Mn²⁺可缓解DNA损伤后核小体对cGAS的抑制，从而增强肿瘤内在的cGAS-STING通路激活和IFN-I的产生。这一级联反应触发全身抗肿瘤免疫力，引发远隔效应，并协同增强放疗疗效，为利用先天免疫增强传统治疗效果提供了理论依据。

CRediT作者贡献声明

江正凡：监督、概念设计。杨清明：方法学、研究。韩伟东：写作-审稿与编辑、资金获取、概念设计。吕子健：研究、数据分析、数据管理。梅倩：写作-审稿与编辑、项目管理、资金获取、概念设计。王天泽：写作-初稿、方法学、研究、数据分析。刘洁洁：监督、方法学、研究。范润佳：

伦理批准和参与同意

所有动物研究均获得了中国人民解放军总医院机构动物护理和使用委员会的批准。

数据可用性

所有支持本研究结果的数据均可根据合理要求提供给研究人员。

利益冲突声明

作者确认本文内容不存在利益冲突。

竞争利益声明

作者声明他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。

致谢

我们感谢生物治疗科的所有患者和护理人员。