一臭杰、研究背景
1. 結(jié)直腸癌的流行病學和免疫治療現(xiàn)狀
結(jié)直腸癌(CRC)是最常見的癌癥之一耻警,死亡率高局前三幽纷,并且轉(zhuǎn)移性CRC的預后仍然較差疚俱。通過針對T細胞抑制分子如PD1和CTLA-4的靶向治療劝术,可以在具有微衛(wèi)星不穩(wěn)定性高(MSI-H)或DNA錯配修復缺陷(dMMR)的高突變腫瘤中誘導T細胞介導的抗腫瘤免疫,取得顯著的療效呆奕。然而僅5%的CRC患者對ICB阻斷治療敏感养晋,如何提高CRC患者的免疫反應性仍然是CRC腫瘤免疫研究的重點方向。
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2. KRAS突變是CRC發(fā)生發(fā)展的驅(qū)動因素之一梁钾,與CRC免疫細胞浸潤減少有關(guān)
研究表明匙握,約45%CRC存在KRAS突變,目前尚未有臨床上驗證有效的小分子抑制劑能通過抑制KRAS活化治療CRC陈轿。在基于基因表達的共識分子亞型(consensus molecular subtypes, CMS)分型中圈纺,與CMS1亞型CRC相比,存在KRAS突變的CMS2和CMS3亞型麦射,腫瘤微環(huán)境中免疫細胞浸潤明顯減少蛾娶。此外,KRAS突變CRC小鼠模型存在抑制性免疫微環(huán)境和對PD1抗體治療不敏感等表型潜秋,提示突變的KRAS可通過抑制抗腫瘤免疫應答促進CRC進展蛔琅。
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3. 谷氨酸通道蛋白SLC25A22在KRAS突變CRC中促進腫瘤進展
SLC25A22是線粒體轉(zhuǎn)運蛋白家族(SLC25)的成員之一,它在內(nèi)線粒體膜上促進谷氨酸的轉(zhuǎn)運進入線粒體基質(zhì)中峻呛。作者既往研究表明罗售,SLC25A22在KRAS突變型結(jié)直腸癌中起著致癌因子的作用,生成對抗氧化應激和表觀遺傳調(diào)控至關(guān)重要的代謝物钩述。但SLC25A22是否參與KRAS突變介導的抑制性免疫微環(huán)境尚不明確寨躁。
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二、擬解決的科學問題
① 研究中所使用的SLC25A22作為KRAS突變的結(jié)直腸癌免疫治療靶點牙勘。你可以提出關(guān)于SLC25A22的功能职恳、表達和調(diào)控機制的問題所禀。(既往研究已解答)
② KRAS的介導免疫抑制如何影響免疫細胞的功能?(是否上調(diào)MDSC浸潤放钦,下調(diào)CD4/8+ T細胞浸潤等色徘?)
③ SLC25A22敲除如何影響KRAS介導的免疫抑制?(SLC25A22敲除是否能夠逆轉(zhuǎn)KRAS介導的免疫抑制以及如何影響MDSC招募和細胞毒性T細胞激活操禀?)
④ 在KRAS突變結(jié)直腸癌中褂策,SLC25A22作為治療靶點是否有助于提高對ICB治療的反應?(SLC25A22 siRNA與抗-PD1聯(lián)合治療是否協(xié)同作用以及如何抑制腫瘤生長颓屑?)
三斤寂、目的和意義
本研究探討SLC25A22作為改善KRAS突變CRC患者對免疫檢查點阻斷治療反應的潛在治療靶點,有助于臨床進一步開發(fā)增強 KRAS突變CRC免疫治療反應的藥物組合邢锯,提高KRAS突變CRC的預后。
四搀别、研究內(nèi)容和結(jié)果
1. KRAS突變促進了免疫抑制(ApcMin/+KrasG12D/+Villin-Cre基因工程小鼠表型)
S1. 顯示APC-KRAS突變小鼠(ApcMin/+KrasG12D/+Villin-Cre)的中位生存期為45天丹擎,具有較高的死亡率(P < 0.0001)。
a. 顯示在45天時歇父,野生型或KRAS突變小鼠沒有腫瘤蒂培;APC突變小鼠和APC-KRAS突變小鼠的結(jié)腸中分別有1.4 ± 0.7和18.0 ± 8.4個腫瘤。
b. 顯示APC-KRAS突變小鼠結(jié)腸腫瘤中富集了多個與免疫反應相關(guān)的信號通路榜苫,包括TNF和細胞因子-細胞因子受體通路护戳。
c. 使用流式細胞術(shù)分析顯示,APC-KRAS突變腫瘤中MDSCs(CD11b+Gr1+垂睬,尤其是多核粒細胞型MDSCs)顯著增加(P < 0.01)媳荒,同時總T細胞和CD8+ T細胞受到抑制(P < 0.05)。CD4+ T細胞和巨噬細胞未受影響驹饺。
2. SLC25A22基因敲除可以逆轉(zhuǎn)KRAS引起的免疫抑制
2.1 ApcMin/+KrasG12D/+Villin-Cre基因工程小鼠原位瘤類器官模型
2.2 鼠源性腸癌腫瘤細胞系CT26皮下種植瘤模型
2.3 ApcMin/+KrasG12D/+Slc25a22fl/fl Villin-Cre基因工程小鼠模型
d. 展示了APC-KRAS-SLC25A22 KO腫瘤與APC-KRAS突變腫瘤的生長對比钳枕,顯示APC-KRAS-SLC25A22KO腫瘤生長受阻。
e. 使用流式細胞術(shù)分析顯示赏壹,APC-KRAS-SLC25A22 KO腫瘤中的總MDSC和PMN-MDSC的含量降低(P < 0.05)鱼炒,而總T細胞(P < 0.05)和CD8+ T細胞(P < 0.05)的含量增加。
f. Slc25a22基因敲除的CT26瘤的體積較小蝌借。
g. 使用流式細胞術(shù)分析顯示昔瞧,Slc-KO CT26瘤中的MDSC(P < 0.01)和PMN-MDSC(P < 0.01)的含量降低,而總T細胞和CD8+ T細胞的含量增加(P < 0.01)菩佑。
h. APC-KRAS-SLC25A22 KO轉(zhuǎn)基因小鼠中自晰,MDSC(Cd11b+Gr-1+)被消耗(P<0.01),并通過IF染色和IHC染色(S100a8)進行了證實稍坯;同時缀磕,CD8+T細胞被誘導(P<0.05),從而驗證了我們CT26皮下種植瘤中的觀察結(jié)果。
2.4. SLC25A22敲除逆轉(zhuǎn)突變KRAS結(jié)腸癌細胞誘導的人源化PBMC小鼠免疫抑制作用袜蚕。
圖2b顯示糟把,SLC25A22基因敲除(SLC-KO)會導致腫瘤生長受到抑制(P < 0.001),并且減輕腫瘤重量(P < 0.01)牲剃。腫瘤浸潤的huCD45+免疫細胞的分析驗證了人源衍生的髓系抑制細胞(HLA-DR-CD11b+CD33+)的減少遣疯,同時看到CD8+ T細胞的增加(圖2c和S3)。這證實了SLC25A22對KRAS突變結(jié)腸直腸癌中人源CD45+免疫細胞浸潤的影響凿傅。
圖2d顯示缠犀,SLC25A22高表達的病例中有更多的CD33陽性細胞浸潤。在KRAS突變型CRC中聪舒,SLC25A22的表達與CD33陽性細胞呈正相關(guān)(P < 0.05)辨液,但在KRAS野生型CRC中無相關(guān)性。因此箱残,在SLC25A22高表達的KRAS突變型CRC中滔迈,MDSC水平較高(P < 0.01),而在KRAS野生型CRC中無顯著差異被辑。
圖2e顯示燎悍,使用TCGA數(shù)據(jù)構(gòu)建了一個基于MDSC的評分系統(tǒng)。在KRAS突變型CRC中盼理,MDSC高表達組SLC25A22的mRNA水平較高谈山,而在KRAS野生型CRC中無明顯差異。
圖2f, 2g通過免疫組織化學(IHC)分析臨床隊列(N = 202)中SLC25A22與CD8標記的相關(guān)性宏怔。通過比較KRAS野生型和突變型CRC奏路,發(fā)現(xiàn)KRAS突變型CRC組織中CD8低表達的比例更高,提示存在免疫抑制現(xiàn)象臊诊。值得注意的是思劳,SLC25A22高表達的CRC與SLC25A22低表達的CRC相比,CD8評分更低(P < 0.001)妨猩。整體隊列(χ2 = 13.8潜叛;P < 0.01)或KRAS突變型CRC(χ2 = 6.6;P < 0.05)中均發(fā)現(xiàn)CD8評分與SLC25A22呈負相關(guān)壶硅。綜上所述威兜,SLC25A22與KRAS突變型CRC中的免疫抑制表型相關(guān)。
3. SLC25A22敲除抑制KRAS突變介導的CXCL1/3趨化因子通路
3.1 生信分析
3.2 轉(zhuǎn)錄水平驗證
3.3 蛋白水平驗證
3.4 細胞因子分泌水平驗證(包括細胞上清庐椒、動物模型血清)
3.5 TCGA數(shù)據(jù)庫驗證
圖3a, b, c生信分析指出cytokine-cytokine receptor interaction是SLC25A22敲除細胞顯著抑制的信號通路椒舵。
圖3d炎癥因子qPCR芯片結(jié)果顯示APC-KRAS小鼠腫瘤組織中CXCL1、CXCL3和IL1B的表達較癌旁組織升高约谈,而DLD1和CT26細胞中SLC25A22敲除表現(xiàn)為降低笔宿。圖3e通過qPCR驗證了SLC25A22敲除后在KRAS突變結(jié)腸癌細胞(DLD1犁钟、Colo26、CT26)中下調(diào)的CXCL1/3泼橘。圖3f, g抗體蛋白芯片分析顯示在DLD1-sgControl和DLD1-SLC-KO細胞的培養(yǎng)基中分泌的細胞因子涝动,結(jié)果也提示SLC25A22敲除細胞中CXCL1和CXCL1/2/3的分泌減少。最后炬灭,圖3h通過ELISA驗證了SLC25A22敲除后DLD1醋粟、CT26和Colo26細胞中CXCL1/3的分泌下降。
圖S5顯示重归,與APC-KRAS器官樣本相比米愿,APC-KRAS-SLC25A22KO器官樣本中的CXCL1分泌也受到抑制。為了驗證SLC25A22是否調(diào)節(jié)體內(nèi)的CXCL1/3水平鼻吮,圖3i評估了APC-KRAS器官樣本移植和CT26移植模型中的血清和腫瘤中的CXCL1/3水平育苟。在CT26移植模型中,SLC25A22基因敲除降低了血清中的CXCL1水平(P < 0.05)和腫瘤中的CXCL1水平(P < 0.001)椎木,而僅在腫瘤中下調(diào)了CXCL3水平(P < 0.01)违柏。APC-KRAS-SLC25A22KO器官樣本植入的小鼠顯示血清中CXCL1的減少,而腫瘤中的CXCL1/3水平與APC-KRAS器官樣本相比顯著降低(P < 0.001)拓哺。
圖3j使用TCGA數(shù)據(jù)庫驗證勇垛,也提示CXCL1/3是與SLC25A22 mRNA表達顯著相關(guān)的前兩個細胞因子(P < 0.0001)脖母。
4. SLC25A22通過CXCL1-CXCR2軸調(diào)節(jié)骨髓來源抑制性免疫細胞(MDSC)的招募士鸥,并促進MDSC的活化
①體外實驗驗證SLC25A22敲低抑制MDSC趨化的作用
②使用MDSC標志物闡明SLC25A22敲低抑制MDSC趨化的作用
③體內(nèi)實驗驗證SLC25A22敲除抑制MDSC趨化與CXCL1水平降低相關(guān)
④體外實驗驗證CXCL1-CXCR2軸對MDSC的趨化作用
⑤體外反向?qū)嶒?/em> 說明SLC25A22敲低抑制MDSC趨化的作用與CXCL1-CXCR2軸有關(guān)
⑥體內(nèi)反向?qū)嶒?/em> 驗證CXCL1-CXCR2軸的作用
5. SLC25A22通過促進MDSC浸潤彻桃,抑制CD8+ T細胞的抗腫瘤活性
①來自SLC25A22敲除小鼠的MDSC相比對照組坛善,對T細胞增殖的抑制能力減弱
②使用CD8+ T細胞的功能標記物IFN-γ眠屎、TNF-α和Granzyme B闡明SLC25A22敲除逆轉(zhuǎn)KRAS突變腫瘤中CD8+ T細胞活性降低
③體內(nèi)反向?qū)嶒?/em> 消耗CD8+ T細胞,反向驗證了SLC25A22敲除對CD8+ T細胞驅(qū)動的抗腫瘤免疫中的功能
小結(jié):SLC25A22通過CXCL1-CXCR2軸促進骨髓源性免疫抑制細胞趨化改衩,抑制腫瘤微環(huán)境中CD8+ T細胞數(shù)量和功能,從而參與KRAS突變免疫抑制性微環(huán)境的形成驯镊。SLC25A22調(diào)控CXCL1水平的分子機制是什么葫督?
背景:SLC25A22 (glutamate carrier 1 (GC1))是谷氨酸通道蛋白,主要將線粒體外谷氨酸轉(zhuǎn)運到線粒體內(nèi)生成α-酮戊二酸(α-KG)參與三羧酸循環(huán)板惑,與谷氨酰胺能量代謝有關(guān)橄镜。
科學問題:SLC25A22調(diào)控CXCL1水平是否谷氨酰胺依賴?(是否通過谷氨酰胺代謝重編程調(diào)控CXCL1表達冯乘?)
6. SLC25A22通過調(diào)節(jié)谷氨酰胺代謝產(chǎn)生的天冬酰胺促進CXCL1生成
①KRAS突變腸癌細胞中洽胶,谷氨酰胺的增加可以促進CXCL1的分泌,而SLC25A22的缺失在高濃度谷氨酸下會導致CXCL1的mRNA水平和分泌受到抑制
②使用GDH抑制劑抑制谷氨酸轉(zhuǎn)化為α-酮戊二酸不能降低CXCL1表達,而使用天冬氨酸轉(zhuǎn)氨酶(aminotransferase)抑制劑同時抑制α-酮戊二酸和天冬氨酸生成喷好,能有效下調(diào)CXCL1表達翔横,提示KRAS突變腸癌細胞中,谷氨酰胺的增加可以促進CXCL1的分泌可能與天冬氨酸有關(guān)
GDH:谷氨酸脫氫酶(glutamate dehydrogenase 1, GLUD)梗搅,谷氨酸→α-酮戊二酸禾唁,抑制劑為R162和Purpurin
AAT:天冬氨酸轉(zhuǎn)氨酶(aminotransferase),谷氨酸-草酰乙酸→α-酮戊二酸-天冬氨酸无切,抑制劑為AOA
③補充天冬酰胺可以恢復SLC25A22敲低的KRAS突變腸癌細胞的CXCL1表達和分泌
④同位素標記谷氨酰胺代謝物檢測烫映,明確SLC25A22敲低下調(diào)谷氨酰胺代謝產(chǎn)生的天冬酰胺水平
⑤補充天冬酰胺逆轉(zhuǎn)SLC25A22敲低對MDSC趨化的抑制作用
⑥反向?qū)嶒灒禾於0泛铣擅福ˋSNS)基因沉默或天冬酰胺酶(ASNase)處理來耗竭天冬酰胺沼本,可以下調(diào)CXCL1表達和分泌,抑制MDSC趨化作用
小結(jié):KRAS突變結(jié)腸癌中高表達的SLC25A22調(diào)控CXCL1水平依賴谷氨酰胺代謝產(chǎn)生的天冬酰胺濃度改變。
背景:既往研究表明KRAS突變與腫瘤代謝重編程關(guān)系密切族淮,如上調(diào)谷氨酰胺進入TCA循環(huán)辫红、絲氨酸一碳代謝途徑等,通過增強氧化磷酸化水平祝辣、甲基化水平贴妻、NADPH和GSH水平等,改善KRAS突變腫瘤細胞的能量代謝和抗氧化應激能力蝙斜,從而促進腫瘤發(fā)生發(fā)展名惩。
科學問題:天冬酰胺濃度如何驅(qū)動CXCL1的表達?(是否通過改變相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子的磷酸化水平調(diào)控CXCL1表達孕荠?)
7. SLC25A22作用下增加的天冬酰胺水平通過上調(diào)SRC磷酸化促進轉(zhuǎn)錄因子ETS2活化娩鹉,驅(qū)動CXCL1表達
①天冬酰胺促進SRC磷酸化 (圖7c存在添加谷氨酰胺或天冬酰胺上調(diào)SRC總蛋白水平,且未做phos-SRC/total-SRC比值的統(tǒng)計分析稚伍,證據(jù)欠佳弯予,但同時提示了天冬酰胺上調(diào)SRC磷酸化水平可能與穩(wěn)定SRC蛋白、抑制蛋白降解有關(guān)个曙?)
②天冬酰胺可能通過結(jié)合的方式增強SRC蛋白穩(wěn)定性困檩,并上調(diào)SRC激酶活性
③明確天冬酰胺依賴的SRC磷酸化上調(diào)通過促進轉(zhuǎn)錄因子ETS2活化,驅(qū)動CXCL1表達
④闡明ETS2與CXCL1啟動子結(jié)合甚牲,促進CXCL1轉(zhuǎn)錄
8. SLC25A22敲除使KRAS突變型結(jié)直腸癌對免疫檢查點抑制療法更敏感
五蜜宪、總結(jié)
1. KRAS突變是CRC的驅(qū)動因素虫埂,并且與免疫浸潤的減少有關(guān)。
2. 靶向SLC25A22(siRNA納米顆粒沉默表達)通過減少天冬酰胺生成圃验,下調(diào)SRC-ERT2軸活性掉伏,抑制CXCL1表達,從而減少髓系來源抑制細胞(MDSC)并增加CD8+ T細胞澳窑,聯(lián)合PD1抗體可有效抑制KRAS突變CRC進展斧散。
六、優(yōu)缺點
- 臨床意義:SLC25A22作為潛在的治療靶點,用于改善KRAS突變CRC患者對免疫檢查點阻斷治療的反應徙硅。(KRAS突變作為CRC的驅(qū)動因素嗅绸,并與降低的免疫浸潤相關(guān)聯(lián)。其次箍镜,針對PD1和CTLA-4等T細胞抑制分子的靶向治療在具有高突變腫瘤的CRC患者的小部分人中顯示出療效,凸顯了改善CRC對免疫檢查點阻斷治療反應的需求煎源。)
- 可參考方法學:構(gòu)建人源化PBMC腫瘤免疫細胞浸潤模型色迂、使用類器官構(gòu)建同種移植瘤模型(有利于使用基因工程鼠進行體外實驗)、脾臟免疫細胞分離培養(yǎng)及趨化實驗等
- 前言可參考:相關(guān)KRAS突變與抑制性免疫微環(huán)境關(guān)系的說法和文獻來源(見匯報的背景部分)
- 瑕疵:①圖8的siRNA納米顆粒應為VNP手销,圖內(nèi)標為LNP歇僧。②對于為什么研究MDSC,為什么使用磷酸化蛋白芯片等沒有進行討論分析锋拖。③缺乏臨床證據(jù):如關(guān)于SLC25A22在結(jié)直腸癌患者組織芯片驗證和抑制性免疫微環(huán)境的相關(guān)性分析诈悍。