镰状细胞病打破免疫平衡：CD8+ T 细胞的 “内忧外患” 与肿瘤免疫治疗新策略

本文研究发现镰状细胞病（SCD）会改变 CD8+ T 细胞的 3D 基因组结构，引发铁死亡（ferroptosis），抑制抗肿瘤免疫。而硫化氢（H2S）治疗可逆转这一过程，为遗传疾病患者的精准免疫治疗提供了新方向，值得关注。

　　

研究背景

镰状细胞病（Sickle cell disease，SCD）是最常见的遗传性血液疾病，由纯合的 HbS 突变（GAG>GTG: βGlu6Val）引起，会使红细胞呈镰刀或新月形 。SCD 患者的红细胞易溶血，导致血管闭塞事件、组织缺血、铁释放，患血液系统肿瘤和肾髓质癌（Renal medullary carcinoma，RMC）的风险增加。RMC 是一种侵袭性肾癌，在携带镰状血红蛋白病（包括 SCD 和镰状细胞特征，SCT）的儿童和年轻成人中较为常见，其分子特征为肿瘤抑制基因SMARCB1缺失，患者中位总生存期仅 13 个月，急需更有效的治疗方案。

SCD 患者的 T 细胞、B 细胞等免疫细胞数量和功能改变，增加了感染和 SCD 相关并发症的风险 。尽管免疫检查点抑制剂（ICIs）在癌症治疗中有一定效果，但 RMC 患者对其反应有限，可能与 SCD 相关的肿瘤免疫微环境（Tumor immune microenvironment，TME）改变有关。此外，SCD 中红细胞释放的铁可通过铁死亡影响免疫反应，而铁死亡是一种由脂质过氧化、活性氧（ROS）积累和铁过载特征的调节性细胞死亡，但它对 SCD 中免疫功能、癌症进展和治疗反应的影响尚不清楚。

同时，表观遗传修饰在调节铁死亡相关基因和细胞对铁死亡的易感性中起关键作用，染色质的三维（3D）组织对转录、复制和 DNA 损伤修复至关重要，但 SCD 中 3D 染色质结构的调节及其在免疫功能障碍和铁死亡中的潜在作用尚未被探索。

研究方法

1. 动物模型：使用 Townes 模型和 Berkeley 模型模拟人类 SCD，这两种模型均通过纯合的镰状细胞突变产生人类镰状血红蛋白 。野生型（WT）小鼠产生正常血红蛋白，SCT 小鼠产生正常和镰状血红蛋白。通过观察红细胞形态、铁沉积等指标确认模型有效性。
2. 细胞系模型：利用 MSRT1 小鼠肾髓质癌细胞系和 RMC2C1 人肾髓质癌细胞系进行研究，通过接种肿瘤细胞观察肿瘤生长情况，评估免疫细胞浸润和功能。
3. 人源化小鼠模型：将免疫缺陷的 NSG - MHC I/II 双敲除小鼠植入健康个体或 SCD 患者的外周血单个核细胞（PBMCs），构建人源化小鼠模型，用于研究 SCD 对肿瘤生长和免疫反应的影响。
4. 实验技术：运用 RNA 测序（RNA - seq）、单细胞 RNA 测序（scRNA - seq）、高通量染色体构象捕获（Hi - C）、DNA 荧光原位杂交（FISH）、免疫荧光原位杂交（immuno - FISH）、多重免疫组织化学（mIHC）、定量流式细胞术（CyTOF）等技术，分析基因表达、染色质结构、细胞间相互作用和免疫细胞组成等。
5. 干预措施：使用慢释放硫化氢（H₂S）供体 GYY4137（GYY）处理小鼠和细胞，观察其对铁死亡、染色质相互作用和免疫功能的影响；通过 CRISPR 干扰（CRISPRi）技术调节基因表达，研究染色体相互作用对基因表达的调控作用。

研究结果

1. SCD 促进肿瘤发生：SCD 小鼠的脾脏和淋巴结中 CD8⁺ T 细胞显著减少，同时脂质过氧化增强。SCT 和 SCD 小鼠的 RMC 肿瘤生长加速，肿瘤内 CD8⁺ T 细胞浸润减少。人源化小鼠模型中，植入 SCD 患者 PBMCs 的小鼠 RMC 肿瘤生长更快，CD8⁺ T 细胞浸润更少，表明 SCD 可能促进肿瘤进展并降低 TME 中 CD8⁺ T 细胞的存在。
2. CD8⁺ T 细胞在 SCD 中更易发生铁死亡：RNA - seq 分析显示，SCD 患者 CD8⁺ T 细胞中抗铁死亡基因（如SLC7A11）下调，促铁死亡基因上调，细胞内脂质过氧化增加，表明其对铁死亡的易感性增强。在 RMC 组织中，与正常肾脏组织和透明细胞肾细胞癌（ccRCC）相比，肿瘤基质中 4 - 羟基壬烯醛（4 - HNE）强度增加，且 RMC 肿瘤细胞和 CD8⁺ T 细胞中SLC7A11表达存在差异，反映出不同细胞在铁死亡状态上的差异。
3. SCD 中 CD8⁺ T 细胞染色质结构改变：Hi - C 分析发现，SCD 条件下 CD8⁺ T 细胞染色质存在局部压缩趋势，长距离相互作用减少，尤其是SLC7A11基因位点，其与远端染色体区域的相互作用减弱。FISH 和 immuno - FISH 实验验证了这些结果，表明 SCD 导致 CD8⁺ T 细胞染色质结构改变，可能与抗铁死亡基因下调和铁死亡易感性增加有关。
4. 染色体相互作用调节SLC7A11表达：通过 CRISPRi 技术沉默ANK2和LOC107985911位点的调控元件，发现其可影响SLC7A11的表达和染色体相互作用，支持了长距离染色体相互作用在调节SLC7A11表达中的作用。
5. SCD 中 CD8⁺ T 细胞 H₂S 生物合成受损：SCD 患者 CD8⁺ T 细胞中 H₂S 合成关键酶 CBS 和 CTH 的 mRNA 和蛋白质表达降低，血清和细胞内 H₂S 浓度也降低，且与脂质过氧化呈负相关，表明 SCD 中 CD8⁺ T 细胞 H₂S 产生减少，增加了铁死亡的易感性。
6. GYY 和 SMARCB1 对染色体相互作用的影响：GYY 处理可增加 SCD 小鼠脾脏中 CD8⁺ T 细胞数量，上调SLC7A11表达，减少脂质过氧化，并恢复SLC7A11-ANK2的染色体相互作用。敲低 SMARCB1 可增加SLC7A11-ANK2的相互作用，而在 RMC 细胞系中，SMARCB1 的表达影响SLC7A11表达和铁死亡敏感性，GYY 可部分抵消 SMARCB1 对SLC7A11表达的抑制作用，表明 SMARCB1 是影响铁死亡易感性的关键染色质调节因子。
7. H₂S 拮抗 CD8⁺ T 细胞铁死亡：GYY 处理可有效挽救 CD8⁺ T 细胞免受 erastin 诱导的铁死亡，减少脂质过氧化，恢复细胞因子（TNF - α 和 IFN - γ）的产生，且在体内实验中也显示出类似的效果，表明 H₂S 对 CD8⁺ T 细胞铁死亡具有保护作用。
8. H₂S 抑制 RMC 肿瘤生长并增强对 ICIs 的敏感性：GYY 单独或与抗 PD1 抗体联合使用可抑制 RMC 肿瘤生长，增加肿瘤内 CD8⁺ T 细胞浸润和细胞毒性，增强抗肿瘤免疫。在人源化小鼠模型中，GYY 也能提高抗 PD1 治疗的疗效，表明 H₂S 与 ICI 联合治疗 RMC 具有协同效应。

讨论

1. 研究结论：本研究表明 SCD 患者 CD8⁺ T 细胞的 3D 基因组架构改变，下调SLC7A11、CBS和CTH，导致 H₂S 产生减少和铁死亡增加，进而抑制抗肿瘤免疫。H₂S 治疗可恢复SLC7A11染色质结构，减少铁死亡，增强抗肿瘤免疫，可能通过 IFN - γ⁺ CD8⁺ T 细胞发挥作用。
2. 遗传背景影响：SCD 和 SCT 均加速肿瘤生长，但遗传背景（如 B6 vs. B6/129）可能影响肿瘤生长，后续研究需进一步明确其影响，避免免疫差异或肿瘤 - 宿主兼容性对结果的干扰。
3. 铁死亡在免疫细胞中的作用：铁死亡在免疫细胞中的作用研究较少，但过量铁死亡可能损害免疫监视并促进肿瘤进展。本研究发现肿瘤和免疫细胞在同一 TME 中的铁死亡反应存在差异，SCD 相关应激使肾细胞中 SMARCB1 下调，增加 RMC 易感性，但不影响 CD8⁺ T 细胞中的 SMARCB1，这与 RMC 的肾起源及 SCD 中与 SMARCB1 缺乏相关的血液系统恶性肿瘤缺失一致。
4. SMARCB1 的作用：SMARCB1 缺失会破坏染色质结构，影响基因表达和细胞命运。在本研究中，RMC 肿瘤细胞表现出铁死亡抗性，与 SMARCB1 缺失导致的转录重编程有关，而 SCD 诱导的染色质变化下调了 CD8⁺ T 细胞中的SLC7A11，但不影响 SMARCB1，体现了组织特异性染色质调节。未来研究应探索 SMARCB1 在 SCD 中跨组织的染色质重塑作用，以更好地理解其对铁死亡的影响。
5. 研究局限性：尽管本研究揭示了 SCD 中 CD8⁺ T 细胞染色质相互作用的变化及其对铁死亡和免疫功能的影响，但仍存在局限性。Hi - C 和 DNA FISH 分析可能受 T 细胞亚型和状态改变的影响，其他 TME 相关因素也有待研究。此外，使用 PBMC 来源的人源化小鼠可能限制对早期免疫发育的理解，并影响肿瘤生长差异的稳健性。

本研究为理解 SCD 与肿瘤免疫之间的关系提供了重要见解，为开发针对 SCD 患者的精准免疫治疗策略奠定了基础，未来需进一步深入研究以完善相关机制和治疗方案。