内含子保留调控 STAT2 功能，并与肺癌免疫治疗应答相关

《SCIENCE》：Intron retention regulates STAT2 function and associates with immunotherapy response in lung cancer

　　

编者摘要

可变RNA剪接是一种调控过程，它使一个基因能够编码多种信使RNA（mRNA）异构体，从而产生具有不同功能的蛋白质。Englander等人利用长读长RNA测序技术，绘制了肺腺癌中可变剪接mRNA变体的图谱——肺腺癌是一种对当前疗法仅部分响应的癌症类型。研究人员在免疫相关基因中发现了数千种mRNA异构体，其中信号转导与转录激活因子2（STAT2）基因的内含子保留事件产生了变异的蛋白质异构体，这些异构体调控了免疫信号和干扰素反应。这些分子变化与肺癌患者对抗PD-L1免疫治疗的应答相关，提示STAT2基因中的调控性内含子保留可能影响治疗结局。——Priscilla N. Kelly

结构化摘要

引言

免疫检查点阻断疗法已彻底改变了肺癌的治疗格局，然而大多数患者仍然无应答，且决定治疗应答的分子因素仍不完全明确。可变RNA剪接是细胞通过选择性纳入外显子或内含子，从单个基因产生多种信使RNA（mRNA）异构体的过程，该过程在癌症中频繁失调，包括肺癌。然而，其对抗肿瘤免疫和免疫治疗应答的贡献尚未得到充分表征。

研究背景

肿瘤中的剪接改变通常会产生与经典对应物相比功能改变或丧失的异构体，可能影响肿瘤生长和治疗应答，但其中大量异构体仍未被功能表征。长读长RNA测序技术捕获全长转录本而非短片段，极大地提升了在健康与疾病状态下鉴定和功能解读这些异构体的能力。该方法此前已被用于编目肺癌细胞系中的异构体，但尚未应用于原代人肺肿瘤。

结果

我们利用长读长RNA测序技术对原代人肺腺癌样本进行了分析，绘制了肺癌最常见亚型的可变剪接全景图谱。我们鉴定了超过149,000种全长mRNA异构体，其中超过一半为未注释异构体，许多出现在免疫相关基因中。具有免疫相关性的异构体富集于参与干扰素反应的基因，而干扰素反应通路在肿瘤的免疫激活和免疫抑制中均发挥核心作用。在这些基因中，我们鉴定了STAT2中的两个保留内含子——STAT2编码一个参与I型干扰素信号传导所必需的转录因子；这两个内含子在肿瘤中均呈上调，且预测会破坏正常蛋白质功能。我们对这两种异构体进行了功能表征：任一内含子的保留均使全长STAT2蛋白耗竭，但第12号内含子的保留特异性地产生一种截短异构体，该异构体主动抑制干扰素信号，而非仅仅无法支持信号传导。这种显性负性异构体在肺癌细胞系中抑制无义介导的mRNA降解（NMD）后表达，而NMD通路在肿瘤中常减弱。最后，我们分析了肺癌和尿路上皮癌临床试验中的治疗前RNA测序数据，发现这两种STAT2内含子保留异构体的相对丰度与检查点阻断应答相关，且显示出比现有生物标志物更强的回顾性关联。

结论

可变RNA剪接是一种广泛且功能上重要的基因调控层次，然而其在癌症生物学中的作用仍不完全明确。在此，我们证明可变剪接调控了肺癌中与免疫反应相关基因的功能，包括STAT2。在STAT2中的内含子保留通过两种不同机制破坏I型干扰素信号：耗竭功能性蛋白以及在肿瘤中无义介导的mRNA降解被抑制时产生显性负性异构体。这些内含子保留异构体的相对水平代表了一个与检查点阻断应答相关的候选生物标志物，有待前瞻性验证。更广泛地说，该方法揭示的未注释异构体多样性规模表明，对原发肿瘤进行长读长RNA测序可能揭示除STAT2之外更多具有临床价值的功能性异构体。这些发现确定了一种此前未被识别的基于剪接的免疫治疗应答机制，在进一步临床评估后，可能对未来的患者分层策略产生影响。

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STAT2内含子保留破坏干扰素信号传导并与检查点阻断应答相关。

对原发肺腺癌的长读长RNA测序鉴定了149,673种全长异构体，其中超过一半未被注释。第6号内含子保留导致全长STAT2耗竭，降低干扰素刺激基因（ISG）转录，而第12号内含子保留则产生一种显性负性异构体，主动抑制信号传导。在第6号与第12号内含子保留之间的差异与患者队列中的抗程序性死亡配体1（PD-L1）应答相关。FL，全长；ISRE，干扰素刺激反应元件；ri12，第12号保留内含子。

摘要

免疫检查点抑制剂免疫疗法已彻底改变了癌症治疗，并推动了包括肺癌在内的多种疾病治疗的重大进展。然而，导致患者疗效差异的分子因素仍不清楚。我们利用长读长RNA测序技术绘制了人原发肺腺癌中可变RNA剪接的景观图谱。我们鉴定了超过149,000种全长信使RNA（mRNA）异构体，其中超过一半未被注释，且许多出现在免疫相关基因中，尤其是在I型干扰素反应通路内。我们对STAT2基因中的保留内含子进行了功能表征，这些内含子产生了变异蛋白质异构体，调控免疫信号传导和干扰素反应，并与患者接受抗程序性死亡配体1（PD-L1）免疫治疗后的生存相关。这些发现确立了可变剪接作为肿瘤免疫反应调控者的地位，并揭示了STAT2中的内含子保留作为一个与PD-L1检查点抑制剂应答相关的干扰素调控轴。