ERBB2信号轴调控MHC-I表达驱动小细胞肺癌免疫逃避及联合免疫治疗新策略

《Nature Communications》：ERBB2 signaling drives immune cell evasion and resistance against immunotherapy in small cell lung cancer

本研究针对小细胞肺癌(SCLC)免疫检查点抑制剂耐药机制，通过多组学分析发现ERBB2信号通路通过AKT/MAPK-TBK1-STING轴抑制MHC-I表达，促使肿瘤免疫逃避。研究人员证实ERBB2抑制剂可逆转MHC-I表达缺失，联合抗PD-1治疗在临床前模型中产生协同抗肿瘤效应，为SCLC患者提供了新的联合治疗策略。

　　

小细胞肺癌(SCLC)作为肺癌中最具侵袭性的亚型，约占原发性肺癌的15%，其特征性表现为RB1和TP53基因的双等位基因失活。尽管免疫检查点阻断剂(ICB)联合化疗已成为广泛期SCLC的一线治疗方案，但患者中位总生存期仅延长至12.3个月，绝大多数患者最终产生耐药并迅速复发。转移性扩散是SCLC患者预后差的关键因素，尤其是肝转移和脑转移，但其免疫逃避和转移的具体分子机制尚不明确。

CD8⁺细胞毒性T细胞是免疫检查点阻断剂发挥抗肿瘤作用的关键效应细胞，通过识别MHC-I分子呈递的抗原肽段杀伤肿瘤细胞。然而，SCLC中MHC-I表达缺失现象普遍存在，导致肿瘤细胞逃避免疫监视。本研究旨在揭示SCLC免疫逃避的分子机制，并探索克服免疫耐药的新策略。

研究人员首先分析了公共单细胞RNA测序(scRNA-seq)数据库，发现转移性SCLC病灶中B2M(编码MHC-I轻链β₂-微球蛋白)表达显著下调。在6对匹配的原发和转移性SCLC患者样本中，免疫组化证实肝转移灶MHC-I表达明显低于原发灶。在条件性Rb1/Trp53缺失的自发性SCLC小鼠模型中，同样观察到转移灶MHC-I表达降低。

为验证MHC-I缺失的功能意义，研究人员利用CRISPR-Cas9技术敲除SCLC细胞中的MHC-I。在免疫健全小鼠中，MHC-I敲除显著促进了肝和淋巴结转移，伴随CD8⁺T细胞浸润减少和活性降低。而在免疫缺陷小鼠中，野生型和MHC-I敲除细胞的转移能力无差异，表明MHC-I缺失通过逃逸T细胞介导的免疫监视促进转移。

通过磷酸化蛋白质组学和激酶阵列分析，研究人员发现转移性SCLC细胞中ERBB2磷酸化水平升高，且与ERK磷酸化增强相关。人源SCLC细胞系中，转移灶来源的细胞ERBB2表达高于原发灶来源。进一步的质谱分析显示，转移性SCLC中MAPK和AKT信号通路相关蛋白表达上调，而抗原呈递通路相关蛋白如TAP1等表达下调。

ERBB2敲除或药理学抑制(使用mubritinib、neratinib或lapatinib)显著上调SCLC细胞MHC-I表达，且这一效应可被ERBB2回补所逆转。RNA测序显示，ERBB2抑制后抗原加工相关基因(TAP1、PSMB10等)和干扰素γ应答基因(H2-K1等)表达上调。蛋白质组学证实ERBB2抑制增强了抗原加工(PSMB10、PSME1、PSME2)、天然免疫感应(RIG-I、ISG15)和内质网伴侣蛋白(CALR、CANX)的表达。

机制上，ERBB2通过AKT和MAPK信号通路抑制TBK1和STING磷酸化。AKT抑制剂MK-2206或ERK抑制剂PD-0325901处理可部分模拟ERBB2抑制对MHC-I的上调效应。重要的是，STING抑制剂可阻断ERBB2抑制诱导的MHC-I表达上调，表明ERBB2调控MHC-I依赖于STING信号通路。

在35例SCLC患者样本中，28.57%呈现局灶性ERBB2表达，且与MHC-I表达呈负相关。公共scRNA-seq数据集分析显示，26.37%的SCLC样本ERBB2高表达。IMpower133数据集分析提示，ERBB2高表达与免疫化疗患者总生存期缩短相关，且在肿瘤突变负荷(TMB)高的患者中，ERBB2高表达与免疫检查点抑制剂疗效差显著相关。

在自发性SCLC小鼠模型中，ERBB2抑制剂治疗显著减少肝转移形成，增加肿瘤内CD45⁺免疫细胞浸润，并提高MHC-I⁺肿瘤细胞比例。体外共培养实验证实，ERBB2抑制通过上调MHC-I表达增强抗原特异性OT-I T细胞对SCLC细胞的杀伤。

scRNA-seq分析显示，ERBB2抑制剂单药或联合抗PD-1治疗增加肿瘤内T细胞浸润，上调抗原呈递相关基因(H2-K1、B2M、TAP1、TAP2)表达，降低上皮细胞标志物EPCAM表达。T细胞受体(TCR)测序发现，联合治疗组克隆性T细胞扩增显著，优势克隆表达高水平的颗粒酶A(GZMA)，而对照组T细胞呈现耗竭表型(高表达TIGIT和TOX)。

最终，在自发性SCLC小鼠模型中，ERBB2抑制剂单药或抗PD-1单药治疗效果有限，而联合治疗显著延长无进展生存期(PFS)和总生存期(OS)，诱导深度缓解包括完全缓解。联合治疗几乎完全抑制肝转移形成，肿瘤内活化CD4⁺和CD8⁺T细胞增加，MHC-I表达上调。

主要技术方法

本研究运用了多种关键技术：单细胞RNA测序(scRNA-seq)分析人源和小鼠SCLC样本；免疫组化(IHC)检测蛋白表达；CRISPR-Cas9基因编辑构建MHC-I和ERBB2敲除细胞系；磷酸化蛋白质组学和质谱分析信号通路；流式细胞术检测细胞表面标志物和免疫细胞亚群；自体SCLC小鼠模型进行临床前疗效评估；T细胞受体(TCR)测序分析克隆动态。

研究结果

MHC-I缺失介导免疫细胞逃避并触发SCLC转移形成

分析公共scRNA-seq数据发现SCLC转移灶B2M表达下调。匹配的患者样本IHC显示肝转移灶MHC-I表达显著低于原发灶。小鼠模型中MHC-I敲除促进免疫逃避和转移，证实MHC-I缺失驱动SCLC免疫逃避和转移。

ERBB2调控MHC-I抗原呈递通路且其抑制增强SCLC中MHC-I表达

磷酸化蛋白质组学显示转移性SCLC细胞ERBB2磷酸化增强。ERBB2敲除或药理学抑制上调MHC-I和抗原呈递相关基因表达。机制上ERBB2通过AKT/MAPK通路抑制TBK1-STING信号。

ERBB2信号通路介导SCLC炎症程序

ERBB2抑制降低AKT和ERK磷酸化，增加TBK1磷酸化和STING信号。STING抑制阻断ERBB2抑制剂诱导的MHC-I上调，证实ERBB2通过STING依赖方式调控MHC-I。

ERBB2抑制增强T细胞介导的免疫应答并预防转移性免疫细胞逃避

ERBB2抑制剂治疗减少SCLC小鼠肝转移，增加免疫细胞浸润和MHC-I⁺肿瘤细胞比例。体外实验证实ERBB2抑制增强T细胞对SCLC细胞的杀伤。

联合阻断ERBB2和PD-1增强T细胞招募并诱导抗原特异性T细胞克隆性

scRNA-seq显示联合治疗增加T细胞浸润和抗原呈递基因表达。TCR测序发现联合治疗组克隆性T细胞扩增，优势克隆高表达细胞毒性分子。

ERBB2阻断克服抗PD-1治疗耐药并在自体Rb1/Trp53缺失SCLC小鼠中显示协同治疗效果

联合治疗显著延长SCLC小鼠PFS和OS，几乎完全抑制肝转移形成。抗PD-1耐药肿瘤MHC-I表达降低，而联合治疗恢复MHC-I表达。

结论与意义

本研究首次阐明ERBB2信号轴通过抑制MHC-I表达驱动SCLC免疫逃避的具体分子机制。ERBB2通过AKT/MAPK-TBK1-STING信号通路下调抗原呈递 machinery，促进肿瘤免疫逃避和转移。重要的是，ERBB2靶向抑制可逆转MHC-I表达缺失，恢复T细胞介导的抗肿瘤免疫。联合ERBB2抑制剂与抗PD-1抗体在临床前SCLC模型中产生协同抗肿瘤效应，为克服SCLC免疫治疗耐药提供了新的联合治疗策略。这些发现不仅深化了对SCLC免疫逃避机制的理解，也为未来临床试验设计提供了理论依据，具有重要的转化医学价值。