Nature Cancer | 放療與免疫檢查點(diǎn)阻斷聯(lián)合治療非小細(xì)胞肺癌

原創(chuàng)?驕陽(yáng)似我?圖靈基因?今天

收錄于話題#前沿分子生物學(xué)機(jī)制

撰文：驕陽(yáng)似我

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1沃饶、放射治療（RT）聯(lián)合免疫檢查點(diǎn)抑制劑（ICI）是治療非小細(xì)胞肺癌（NSCLC）的一種有前途的方案。本文確定了與ICIs聯(lián)合使用時(shí)窖张，特定劑量的RT可使NSCLC模型中的腫瘤消退并提高生存率裸燎。RT的免疫調(diào)節(jié)功能歸因于活化的肺駐留Scgb1a1+ club細(xì)胞竟趾。

2、分泌突觸體相關(guān)蛋白23的club細(xì)胞特異性敲除小鼠未能從聯(lián)合治療中獲益宫峦，這表明club細(xì)胞分泌組發(fā)揮了關(guān)鍵作用岔帽。

3、本文鑒定了八種club細(xì)胞分泌蛋白导绷，它們抑制免疫抑制的髓樣細(xì)胞犀勒，減少促腫瘤炎癥，增強(qiáng)抗腫瘤免疫妥曲。值得注意的是贾费，對(duì)聯(lián)合治療有反應(yīng)的NSCLC患者的血漿中CC10（club細(xì)胞分泌組成員）增加。通過揭示club細(xì)胞的免疫調(diào)節(jié)作用逾一，本文的研究有可能指導(dǎo)ICIs在非小細(xì)胞肺癌中的未來(lái)臨床試驗(yàn)铸本。

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盡管手術(shù)、放療和分子靶向治療取得了進(jìn)展遵堵，但非小細(xì)胞肺癌的死亡率仍然很高箱玷。ICIs靶向程序性細(xì)胞死亡蛋白配體1（PD-L1）-程序性細(xì)胞死亡蛋白1（PD-1）軸，通過激活細(xì)胞毒性T細(xì)胞活性促進(jìn)腫瘤細(xì)胞殺傷陌宿。雖然這些抑制劑已被批準(zhǔn)用于治療晚期非小細(xì)胞肺癌锡足，但由于腫瘤微環(huán)境（TME）中存在多種免疫抑制屏障，大多數(shù)患者的臨床獲益甚微壳坪。因此舶得，迫切需要努力尋找能夠克服這些障礙并提高ICIs療效的免疫調(diào)節(jié)劑。RT具有潛在的免疫調(diào)節(jié)特性爽蝴，因?yàn)樗梢杂|發(fā)免疫原性細(xì)胞死亡并激活原發(fā)性腫瘤特異性T細(xì)胞的抗原提呈細(xì)胞沐批，不僅限制原發(fā)性腫瘤生長(zhǎng)，也能產(chǎn)生靶向遠(yuǎn)處（遠(yuǎn)側(cè)）未經(jīng)照射的轉(zhuǎn)移病灶的全身效應(yīng)蝎亚。不幸的是九孩，最佳的RT劑量和潛在的分子機(jī)制取決于癌癥的類型，對(duì)于NSCLC发框，包括引起最佳免疫調(diào)節(jié)的測(cè)序和劑量/分割方案躺彬，很少有人闡明。

新研究支持ICIs與RT聯(lián)合治療包括NSCLC在內(nèi)的各種腫瘤類型的治療潛力梅惯。一項(xiàng)I期試驗(yàn)表明宪拥，先前接受放療的NSCLC患者與未接受放療的患者相比，ICIs治療后生存期更長(zhǎng)铣减。然而她君，由于先前試驗(yàn)中缺乏確定的分子機(jī)制，目前的臨床試驗(yàn)測(cè)試這種組合是由經(jīng)驗(yàn)的選擇徙歼，可能不是最佳的指導(dǎo)犁河。近期鳖枕，在Nature Cancer雜志上發(fā)表了一篇名為“Radiation-activated secretory proteins of ?Scgb1a1+?club cells increase the efficacy of immune checkpoint blockade in lung cancer”的文章魄梯，提供了可能加速NSCLC中RT和ICI組合發(fā)展的機(jī)制性見解桨螺。

本文用突變型HKP1（KrasG12Dp53 ?/?)?肺癌的正交異性小鼠模型，其在免疫活性C57/BL6小鼠中發(fā)展出組織病理學(xué)與人類NSCLC相似的腺癌酿秸。本文測(cè)試了先前報(bào)道在乳腺癌模型中具有免疫調(diào)節(jié)活性的RT方案：8Gy（Gy）連續(xù)3天（8Gy×3）和兩種較低劑量方案灭翔，4Gy×3和0.5Gy×3。值得注意的是辣苏，4Gy×3（4Gy RT）與PD-1抗體聯(lián)合使用可顯著控制腫瘤并提高生存率肝箱。結(jié)果表明4Gy RT可誘導(dǎo)有效的抗腫瘤免疫反應(yīng)，從而增強(qiáng)HKP1模型中PD-1抑制的效果稀蟋。圖1：特定劑量的RT可增強(qiáng)HKPL NSCLC模型中PD-1抑制的效果煌张。

為了闡明不同RT劑量的不同影響，本文在最后一次RT劑量后1d（RT開始后第4天）檢查了T細(xì)胞浸潤(rùn)和細(xì)胞因子產(chǎn)生退客。在所有被檢查的隊(duì)列中骏融，4Gy-RT顯示最高腫瘤胰島中浸潤(rùn)性CD8+T細(xì)胞的數(shù)量以及HKP1肺中干擾素（IFN）-γ+/腫瘤壞死因子（TNF）-α+/CD4+T細(xì)胞和GzmB+/CD8+T細(xì)胞的最高數(shù)量。這些4Gy-RT誘導(dǎo)的T細(xì)胞活性與其抑制PD-1的協(xié)同效應(yīng)一致萌狂。在TME中4Gy RT不能重新激活預(yù)先存在的功能失調(diào)的T細(xì)胞档玻，盡管T細(xì)胞反應(yīng)增加，4Gy RT作為一種單一方式并不能顯著控制腫瘤生長(zhǎng)茫藏。進(jìn)一步分析顯示误趴，4Gy RT增加了GzmB+/CD8+T細(xì)胞和IFN-γ+/TNF-α+/CD4+T細(xì)胞上的PD-1表達(dá)。假設(shè)PD-1檢查點(diǎn)參與可能損害了4Gy RT誘導(dǎo)免疫反應(yīng)的持久性务傲。事實(shí)上凉当，在隨后的時(shí)間點(diǎn)（最后一次RT后的第7天）進(jìn)行的分析表明，與第1天相比售葡，T細(xì)胞浸潤(rùn)和細(xì)胞因子產(chǎn)生顯著減少看杭。添加抗4Gy-RT的PD-1抗體可顯著增加GzmB的增殖+/與對(duì)照組相比，CD8+T細(xì)胞和IFN-γ+/TNF-α+/CD4+T細(xì)胞天通。此外泊窘，在聯(lián)合治療組中，在第7天觀察到持續(xù)的T細(xì)胞浸潤(rùn)和效應(yīng)細(xì)胞因子產(chǎn)生像寒，但在單模式組中未觀察到烘豹。總之诺祸，這些研究結(jié)果表明携悯，4Gy RT與PD-1阻斷相結(jié)合賦予持久的T細(xì)胞活性，可誘導(dǎo)持久的抗腫瘤免疫反應(yīng)筷笨。圖2?：4GY-RT是否增加了攜帶Hkp1的肺中T細(xì)胞的浸潤(rùn)和激活

為了探索4Gy RT誘導(dǎo)抗腫瘤免疫應(yīng)答的機(jī)制憔鬼，本文對(duì)經(jīng)RT（0Gy龟劲、4Gy或8Gy×3）聯(lián)合IgG或PD-1抗體治療的HKP1肺進(jìn)行RNA-seq分析。差異表達(dá)基因在存在或不存在抗PD-1治療的情況下轴或，通過比較4Gy RT組昌跌、0Gy（模擬）組和8Gy RT（無(wú)效劑量）組來(lái)確定。通過將IgG隊(duì)列中的4Gy RT上調(diào)基因與抗PD-1隊(duì)列重疊照雁，確定了144個(gè)由該有效輻射劑量特異性上調(diào)的基因蚕愤。為了確定這些4Gy RT信號(hào)基因的細(xì)胞來(lái)源，對(duì)接受0Gy或4Gy-RT的HKP1承載肺進(jìn)行了單細(xì)胞RNA-seq（scRNA-seq）分析饺蚊。通過將144個(gè)信號(hào)基因投影到t-SNE圖萍诱，發(fā)現(xiàn)這些基因在氣道上皮/club細(xì)胞簇中主要在4Gy RT后上調(diào)。大量RNA序列數(shù)據(jù)的基因集富集分析（GSEA）也顯示污呼，與0Gy和8Gy RT相比裕坊，4Gy RT治療的小鼠氣道上皮/club細(xì)胞特異性基因富集。這些發(fā)現(xiàn)表明4Gy RT可能激活肺駐留的club細(xì)胞燕酷。在4Gy RT標(biāo)記基因中有許多特征明確的club細(xì)胞基因籍凝，包括Scgb1a1（CC10/子宮珠蛋白）和Scgb3a2（子宮珠蛋白相關(guān)蛋白1；UGRP1）悟狱、Hp（結(jié)合珠蛋白）静浴、Cyp2f2（細(xì)胞色素P450 2F2）和編碼表面活性劑相關(guān)蛋白的基因（Sftpa1、Sftb和Sftpd）挤渐。對(duì)離散細(xì)胞群的逆轉(zhuǎn)錄定量PCR（RT-qPCR）分析證實(shí)苹享，通過對(duì)club細(xì)胞進(jìn)行4Gy RT處理，Scgb1a1浴麻、Scgb3a2得问、Scgb1c1、Hp和Cyp2f2的表達(dá)特異性上調(diào)软免，但在免疫（CD45+）宫纬、基質(zhì)（CD45+）中沒有上調(diào)。流式細(xì)胞術(shù)分析顯示膏萧，4Gy RT導(dǎo)致攜帶HKP1和未接種腫瘤的肺中club細(xì)胞的擴(kuò)增和增殖（Ki67）增加漓骚。此外，顯微鏡分析證實(shí)榛泛，經(jīng)4Gy RT治療的肺細(xì)支氣管上皮區(qū)的CC10+熒光強(qiáng)度增加蝌蹂，但8Gy RT治療的肺細(xì)支氣管上皮區(qū)的CC10+熒光強(qiáng)度沒有增加〔芟牵總之孤个，這些結(jié)果表明4Gy RT選擇性地激活了肺常駐club細(xì)胞。圖3：用4GY-RT治療可激活肺微環(huán)境中的club細(xì)胞沛简。

Club細(xì)胞是排列在肺細(xì)支氣管上的非結(jié)締組織外分泌上皮細(xì)胞齐鲤。它們通過增殖和修復(fù)受損的氣道上皮細(xì)胞斥废，保護(hù)細(xì)支氣管上皮免受外來(lái)物質(zhì)的侵害。假設(shè)4Gy-RT可能引起肺上皮的中度損傷给郊，進(jìn)而引起club細(xì)胞的保護(hù)反應(yīng)牡肉。采用藥理學(xué)和遺傳學(xué)兩種方法在RT前選擇性地耗盡club細(xì)胞。無(wú)論采用何種耗竭方法丑罪，在HKP1荷瘤肺中荚板，club細(xì)胞的缺失減弱了對(duì)4Gy RT的免疫反應(yīng)凤壁，例如顯著抑制了T細(xì)胞向腫瘤胰島的浸潤(rùn)吩屹，并減少了效應(yīng)細(xì)胞因子的產(chǎn)生（CD4+中的IFN-γ/TNF-α和CD8+T細(xì)胞中的GzmB）。值得注意的是拧抖，club細(xì)胞缺陷消除了聯(lián)合治療HKP1荷瘤小鼠的療效煤搜。為了證實(shí)club細(xì)胞在NSCLC中的重要作用，采用了另一種原位NSCLC模型CMT-167唧席。一致地擦盾，4Gy RT以club細(xì)胞依賴的方式顯著提高了攜帶CMT-167小鼠PD-1阻斷的療效。這些發(fā)現(xiàn)表明RT激活的club細(xì)胞介導(dǎo)聯(lián)合治療的療效淌哟。

與對(duì)照組相比迹卢，使用電子顯微鏡對(duì)club細(xì)胞進(jìn)行的進(jìn)一步表征顯示，從4Gy RT處理的肺中分離的club細(xì)胞中分泌小泡的數(shù)量增加徒仓。推測(cè)RT后club細(xì)胞的分泌組可能在提高ICI療效中發(fā)揮作用腐碱。為了解決這個(gè)問題，使用Scgb1a1CreERTM/Snap23flox/flox轉(zhuǎn)基因小鼠阻止club細(xì)胞分泌蛋白釋放到肺TME中掉弛。突觸體相關(guān)蛋白23（SNAP23）是SNARE復(fù)合物的關(guān)鍵組成部分症见，該復(fù)合物介導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)囊泡與膜融合以調(diào)節(jié)胞吐。他莫昔芬治療Scgb1a1cre/Snap23fl/fl小鼠可使Snap23基因的條件性club細(xì)胞特異性缺失殃饿，而不會(huì)改變細(xì)支氣管的完整性谋作。對(duì)支氣管肺泡灌洗液（BALF）的分析證實(shí)，與野生型對(duì)照組相比乎芳，4Gy RT處理的Scgb1a1cre/Snap23fl/fl小鼠的CC10（club細(xì)胞分泌組的一種成分）顯著減少遵蚜。與club細(xì)胞消融一致，SNAP23缺陷消除了HKP1肺中對(duì)4Gy RT的反應(yīng)中的T細(xì)胞浸潤(rùn)和激活奈惑，值得注意的是吭净，與對(duì)照組相比，聯(lián)合治療未能控制Scgb1a1cre/Snap23fl/fl小鼠中的HKP1腫瘤生長(zhǎng)携取。這些結(jié)果表明攒钳，聯(lián)合治療的療效依賴于RT增強(qiáng)club細(xì)胞的分泌功能。圖4?：club細(xì)胞有助于聯(lián)合治療的療效雷滋。

Club細(xì)胞在維持肺內(nèi)環(huán)境平衡中是不可或缺的不撑，被認(rèn)為是肺腺癌的起源細(xì)胞文兢。據(jù)報(bào)道，club細(xì)胞分泌珠蛋白（CC10和UGRP1）和表面活性劑相關(guān)蛋白（SP-A和SP-D）在過敏焕檬、哮喘和COPD條件下具有抗炎和免疫調(diào)節(jié)功能姆坚；然而，club細(xì)胞在調(diào)節(jié)非小細(xì)胞肺癌ICIs免疫應(yīng)答中的作用尚未闡明实愚。為了深入了解club細(xì)胞的免疫調(diào)節(jié)活性及其對(duì)NSCLC聯(lián)合治療療效的貢獻(xiàn)兼呵，本文在存在或不存在club細(xì)胞的情況下用4Gy RT和PD-1抗體治療HKP1小鼠。club細(xì)胞缺陷（DT處理）肺顯示髓系與淋巴細(xì)胞比率增加腊敲。此外击喂，club細(xì)胞缺陷肺中的髓樣細(xì)胞顯示炎癥介質(zhì)表達(dá)增加，如Il1b碰辅、Ptgs2和Tnf懂昂，據(jù)報(bào)道，這些炎癥介質(zhì)可抑制適應(yīng)性抗腫瘤免疫没宾。推測(cè)這些club細(xì)胞介導(dǎo)的TME改變可能影響T細(xì)胞效應(yīng)器表型凌彬。使用基于圖形的分類，將T細(xì)胞分成九個(gè)簇循衰，并根據(jù)其特征基因確定每個(gè)簇的功能狀態(tài)铲敛。觀察到效應(yīng)T細(xì)胞簇（C5）顯示細(xì)胞因子、效應(yīng)分子（IFN-γ和TNF）和T細(xì)胞活化標(biāo)記物（Pdcd1和Ctla4）的表達(dá)增加会钝。這些scRNA-seq結(jié)果表明RT激活的club細(xì)胞的存在有助于適應(yīng)性抗腫瘤免疫伐蒋，可能是通過限制HKP1腫瘤中髓樣細(xì)胞介導(dǎo)的炎癥。BALF樣本的ELISA顯示顽素，與0Gy對(duì)照組相比咽弦，4Gy RT顯著降低HKP1 TME中IL-1β、PGE2和TNF-α的水平胁出；然而型型，在缺乏club細(xì)胞（DT處理的Scgb1a1cre/iDTR）或其分泌組（Scgb1a1cre/Snap23fl/fl）的情況下，4Gy RT不能減少這些炎癥因子全蝶∧炙猓總之，這些發(fā)現(xiàn)表明RT激活的club細(xì)胞通過分泌組阻止HKP1肺部的促腫瘤炎癥抑淫，從而增強(qiáng)適應(yīng)性抗腫瘤免疫绷落。圖5：RT激活的club細(xì)胞通過分泌組阻止HKP1肺部的促腫瘤炎癥。

目前始苇，由于物種特異性輻射敏感性和靶體積差異等原因砌烁，缺乏將動(dòng)物模型的RT劑量轉(zhuǎn)換為人類的標(biāo)準(zhǔn)，反之亦然。然而函喉，本文的研究表明避归，未來(lái)的人類NSCLC臨床試驗(yàn)應(yīng)考慮優(yōu)化RT劑量，可以有效地介導(dǎo)肺居住club細(xì)胞的激活管呵。目前梳毙，缺乏在不損害肺上皮完整性的情況下激活club細(xì)胞的藥理學(xué)或遺傳學(xué)方法。進(jìn)一步的研究需要確定分泌因子的最佳組成捐下，從而產(chǎn)生強(qiáng)大的治療效果账锹。值得注意的是，SBRT增加對(duì)新輔助SBRT+ICI治療有反應(yīng)的NSCLC患者CC10水平的發(fā)現(xiàn)表明坷襟，血漿中RT誘導(dǎo)的club細(xì)胞分泌因子可能具有作為SBRT/ICI治療反應(yīng)/無(wú)反應(yīng)的非侵入性生物標(biāo)記物的潛力奸柬。綜上所述，本文的研究成果有可能為將來(lái)的臨床試驗(yàn)提供信息啤握，以最大限度地提高非小細(xì)胞肺癌放射免疫治療組合的療效鸟缕，從而提高病理反應(yīng)率和生存率。

教授介紹：

Vivek Mittal

Vivek Mittal是康奈爾大學(xué)教授排抬，主攻心胸外科，專業(yè)為細(xì)胞與發(fā)育生物學(xué)授段，研究興趣主要有癌癥-乳腺癌蹲蒲，癌癥-肺癌，癌癥轉(zhuǎn)移侵贵，聯(lián)合治療届搁，EMT，免疫腫瘤串?dāng)_窍育，免疫治療卡睦，腫瘤微環(huán)境等。Vivek Mittal及其團(tuán)隊(duì)使用綜合的臨床前和臨床研究來(lái)確定腫瘤重編程的免疫微環(huán)境對(duì)肺癌和乳腺癌的貢獻(xiàn)漱抓。Vivek Mittal正在研究包括亞消融輻射和靶向T細(xì)胞功能障礙的藥物表锻，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激作為有效免疫調(diào)節(jié)劑以增強(qiáng)免疫檢查點(diǎn)抑制劑功效的方式。他們的目標(biāo)是闡明聯(lián)合治療的機(jī)制見解乞娄，確定預(yù)測(cè)無(wú)應(yīng)答者主要病理反應(yīng)者的細(xì)胞和分子生物標(biāo)志物瞬逊，并確定開發(fā)新型免疫療法的臨床相關(guān)靶點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)：

Yi Ban, Geoffrey J. Markowitz, Vivek Mittal?etal. Radiation-activated secretory proteins of ?Scgb1a1+?club cellsincrease the efficacy of immune checkpoint blockade in lung cancer [J].Nature Cancer | VOL 2 | September 2021 | 919–931 |www.nature.com/natcancer