XRCC1缺失与ATM抑制协同激活胃癌细胞固有免疫信号：抗诱捕支架蛋白在肿瘤免疫治疗中的机遇

《Frontiers in Immunology》：Anti-trapping scaffold protein: significance in cancer cell innate immune signaling and opportunities for immunotherapy

　　

X射线修复交叉互补蛋白1（XRCC1）是一种支架蛋白，作为分子枢纽，为多种DNA修复蛋白的招募和相互作用提供平台，以协调并促进多步骤DNA修复过程。此外，XRCC1还发挥抗诱捕（antitrapping）蛋白的作用，确保DNA修复蛋白及时释放，从而防止遗传毒性。XRCC1参与单链断裂修复（SSBR）通路，并已被证实参与其他DNA修复通路。临床前研究表明，XRCC1缺失会延迟单链断裂（SSB）的重新连接，诱导突变，并导致姐妹染色单体交换水平升高，这是基因组不稳定的标志性特征。XRCC1缺失导致对电离辐射和化疗药物的超敏反应。对癌症基因组图谱（TCGA）数据集的分析显示，约30%的肿瘤表现出低XRCC1表达。近期，Shahi等人证明，XRCC1缺失联合共济失调-毛细血管扩张突变（ATM）的 pharmacological 抑制可诱导有丝分裂失败，导致胞质DNA积累并激活癌细胞内在固有免疫信号。值得注意的是，该反应与PD-L1表达升高相关，这可能有助于适应性免疫抵抗。综上所述，这些发现表明XRCC1缺失可促进与固有免疫激活相关的癌细胞内在分子特征。这可能代表一个治疗脆弱性，值得在胃癌中进一步评估，特别是在将DNA损伤反应（DDR）抑制与免疫治疗相结合的临床研究中。

论文解读：XRCC1缺失与ATM抑制协同激活胃癌细胞固有免疫信号——抗诱捕支架蛋白在肿瘤免疫治疗中的机遇

一、研究背景与问题提出

DNA损伤修复是维持基因组稳定性的关键防线。碱基切除修复（BER）对于准确清除由氧化和烷化剂诱导的受损DNA碱基至关重要。化疗药物诱导的DNA单链断裂（SSB）由单链断裂修复（SSBR）通路处理，该通路与BER密切相关。X射线修复交叉互补蛋白1（XRCC1）是BER的关键因子，作为支架蛋白，在DNA损伤位点协调多种蛋白的招募与相互作用。XRCC1是首个被鉴定为保护细胞免受电离辐射有害影响的哺乳动物基因，随后被证实可提供对烷化及紫外线诱导损伤等多种应激的保护。XRCC1缺乏内在酶活性，而是作为SSBR通路中多种修复酶的相互作用平台。此外，研究支持XRCC1参与非同源末端连接（NHEJ）等其他修复通路。XRCC1为70-kDa蛋白，包含三个功能结构域：N端DNA结合域、中央BRCT I结构域和C端BRCT II结构域，由两个约150和120残基的无序连接片段连接。XRCC1 N端结构域（X1NTD）特异性结合DNA聚合酶β（Polβ）；C端BRCT结构域（X1BRCTb）与DNA连接酶IIIα（Lig3）相互作用。中央结构域含有多聚（ADP-核糖）结合基序，介导XRCC1在单链断裂位点被招募至多聚（ADP-核糖）聚合酶1（PARP1）激活后生成的多聚（ADP-核糖）。生化表征显示，XRCC1对双链DNA（dsDNA）亲和力低，但对切口、缺口或平末端DNA亲和力相对较高，且其对DNA的亲和力与磷酸化程度呈反比。

二、研究目的与意义

DNA修复失调是多种癌症类型的标志性特征，导致基因组不稳定和肿瘤进展。正常生理性DNA修复通路可能受到多种内源和外源因素的损害。研究人员提出，XRCC1缺失可能降低胃癌细胞固有免疫信号激活的阈值，为联合DNA损伤反应（DDR）抑制与免疫治疗提供治疗脆弱性。该研究旨在阐明XRCC1缺失与ATM抑制协同作用如何促进基因组不稳定、胞质DNA积累及cGAS-STING介导的固有免疫信号激活，并探讨PD-L1上调作为适应性免疫抵抗机制的意义。

三、主要技术方法

研究人员使用了癌症基因组图谱（TCGA）PanCancer数据库，通过cBioportal基因组学平台获取数据，纳入10种癌症类型共5,140例具有有效RNA-Seq V2数据的肿瘤病例，以XRCC1 mRNA z-score < -0.5定义为低表达。此外，研究人员引用了Shahi等人的研究，该研究采用药理学ATM抑制剂（ATMi）处理XRCC1缺陷癌细胞，通过免疫荧光共定位分析检测cGAS与微核的共定位，评估胞质DNA积累及PD-L1表达变化。研究还结合了免疫组织化学分析的小规模研究数据，以及生物化学表征方法研究XRCC1与DNA的相互作用。所有示意图均使用BioRender生成。

四、研究结果

1. 低XRCC1表达在多种癌症类型中的分布

TCGA PanCancer数据分析显示，在胃癌队列中，约30%的肿瘤表现出低XRCC1 mRNA表达。XRCC1启动子高甲基化可能是抑制基因转录从而降低癌细胞中XRCC1水平的潜在机制之一。此外，一项小规模免疫组织化学研究报告约77%的胃癌组织表现出低XRCC1蛋白表达。重要的是，XRCC1表达降低与暴露于烷化剂后包括结肠和肝脏在内的多个胃肠器官癌前病变发生率增加相关，凸显了XRCC1缺失在胃癌发生中的生物学和临床意义。

2. XRCC1在维持基因组稳定性中的机制

在正常细胞生理条件下，BER介导的DNA修复过程中，氧化或烷化DNA碱基损伤被DNA糖基化酶识别，随后修复中间体由APE1、Polβ和DNA连接酶III处理，并由XRCC1协调。XRCC1与缺口DNA结合促进PARP1从DNA上及时释放，防止DNA-PARP1复合物介导的遗传毒性。在XRCC1缺陷癌细胞中，SSB积累增加，PARP1滞留促进诱捕DNA-PARP1复合物的形成。

3. ATM抑制加剧XRCC1缺陷细胞的复制相关DNA损伤

Shahi等人的研究表明，药理学ATM抑制加剧了XRCC1缺陷细胞中S期复制相关的DNA损伤，促进基因组不稳定，包括微核形成和胞质DNA积累。微核形成发生在细胞分裂背景下，与中期着丝粒-动粒组装缺陷或后期缺陷相关。此外，XRCC1缺陷癌细胞的有丝分裂缺陷导致胞质区室中DNA积累，该胞质DNA来源于细胞核和线粒体。

4. XRCC1缺陷激活cGAS-STING固有免疫信号

XRCC1缺陷癌细胞积累氧化性DNA碱基损伤产物和微核，作为胞质DNA的潜在来源。DNA碱基氧化不损害也不增强DNA激活胞质DNA传感器环状GMP-AMP合酶（cGAS）的能力，但氧化DNA对细胞核酸酶更具抗性，导致干扰素诱导增强。Shahi等人的研究显示，XRCC1缺失导致cGAS与微核共定位，表明存在胞质DNA。ATM的药理学抑制显著增加了胞质DNA积累，可能激活包括cGAS在内的胞质DNA传感器。胞质dsDNA激活肿瘤细胞中的cGAS，导致环状鸟苷酸-腺苷酸（cGAMP）产生。cGAMP在胞质中的积累激活内质网（ER）驻留受体STING。STING激活与C端尾部丝氨酸365（S365）磷酸化相关，触发其从ER向高尔基体转位，促进TANK结合激酶1（TBK1）和干扰素调节因子3（IRF3）的招募。这些信号组分的随后磷酸化和激活诱导I型干扰素特别是干扰素-β（IFN-β）的表达。I型干扰素信号增强抗原呈递细胞（APC）的激活，促进肿瘤抗原向CD8+ T细胞的交叉呈递，增强抗肿瘤免疫反应。

5. PD-L1表达与适应性免疫抵抗

ATMi处理的XRCC1缺陷癌细胞表现出PD-L1表达增加，这可能有助于适应性免疫抵抗。在基因组不稳定的肿瘤中，持续cGAS-STING信号优先激活非经典NF-κB和STAT3通路，同时抑制IFN反应。这种失调输出支持肿瘤转移、血管生成和免疫抑制，有效将肿瘤抑制机制转化为肿瘤促进机制。

五、讨论与结论

XRCC1在胃癌中的缺失可能提供降低固有免疫信号激活阈值的机会。因此，使用DNA损伤反应抑制剂（包括ATM抑制剂）进行药理学干预可能最大化cGAS-STING介导的固有免疫信号，并增强PD-L1表达的诱导，这可能代表一种适应性免疫抵抗机制。cGAS-STING通路是连接固有免疫和适应性免疫的关键胞质DNA感应系统。癌细胞中PD-L1的上调可能反映对通路激活的适应性免疫抑制反应。在基因组不稳定的肿瘤中，持续炎症信号可能促进肿瘤微环境向免疫抑制方向重塑。

利用癌细胞中XRCC1的低表达可能提供独特机会，以识别可在未来研究中探索的治疗脆弱性，增强基于免疫的治疗反应。重要的是，必须区分XRCC1缺陷癌细胞内在的cGAS-STING信号与免疫细胞（如抗原呈递细胞）中的cGAS-STING信号。基质细胞和免疫细胞中cGAS-STING信号的考量对于定义肿瘤微环境的整体免疫表型也可能至关重要。这种综合理解可能有助于指导免疫检查点阻断疗法的开发和应用，潜在地增强治疗反应并改善患者临床结局。

值得注意的是，降低的XRCC1 mRNA表达可能作为更广泛生物标志物特征的一部分而非独立预测因子最具信息价值。XRCC1缺陷的临床意义在与其他DNA修复和DNA损伤反应蛋白联合评估时可能得到加强。此外，XRCC1蛋白表达和活性可通过多种机制调控，包括启动子甲基化、翻译后修饰和功能性遗传变异，每种机制都可能影响DNA修复能力和相关生物学表型。未来研究必须优先采用组合生物标志物方法，整合XRCC1和其他关键DNA修复通路组分，为预测胃癌治疗反应和识别新治疗机会提供更有效的框架。

此外，未来结合不同剂量和方案的ATM抑制剂与免疫检查点阻断疗法的研究对于评估该组合是否在XRCC1缺陷肿瘤中产生叠加或协同治疗获益是必要的。具体而言，不同剂量和方案的ATM抑制剂治疗可能影响cGAS-STING通路激活、免疫细胞招募和抗肿瘤免疫反应，从而影响联合治疗策略的治疗效果。更好地理解区分肿瘤促进信号与有效抗肿瘤免疫反应的反应阈值对于优化治疗策略和促进临床转化至关重要。

研究结论：XRCC1缺陷可促进与固有免疫激活相关的癌细胞内在分子特征，ATM抑制可加剧XRCC1缺陷细胞的基因组不稳定和胞质DNA积累，激活cGAS-STING介导的固有免疫信号并上调PD-L1表达。这代表一个治疗脆弱性，值得在胃癌中进一步评估，特别是在结合DNA损伤反应抑制与免疫治疗的临床研究中。