免疫疗法耐药性背后的蛋白质

免疫疗法是一种先进的治疗癌症的方法，通过使患者自身的免疫系统对抗肿瘤。我们对身体调节免疫反应机制的认识不断增加，这对我们对抗癌症具有革命性意义。

但尽管成功率很高，免疫疗法一次又一次地遇到了一个顽固的障碍:肿瘤细胞经常逃避“雷达”的监视免疫细胞试图摧毁他们。这反过来又导致了治疗耐药性，在许多情况下，这将受益于对有助于规避它的机制的更深入了解。

由EPFL的科学家领导的一项新研究现在发现了一种蛋白质，它在帮助肿瘤逃避免疫破坏方面起着关键作用。这种蛋白质被命名为“脆性X智力迟钝蛋白”(FMRP)，调节神经网络基因细胞在肿瘤微环境这有助于它“隐藏”免疫细胞的能力。通常，FMRP参与调节蛋白质翻译和神经元mRNA的稳定性。但研究人员发现，它在多种癌症中异常上调。

这项研究发表在科学这项研究是由瑞士实验癌症研究所(ISREC)和路德维希癌症研究所洛桑分部的Douglas Hanahan小组的研究人员，以及来自洛桑大学医院(CHUV)和其他瑞士机构的同事领导的。这一发现还导致了EPFL的分拆公司Opna Bio，其员工也参与了这项研究。

但为什么是FMRP?这个想法来自于先前的研究，这些研究表明，自然过度表达FMRP的癌细胞具有侵袭性和转移性。其他研究表明，相反，如果FMRP未能在发育中的神经元中表达，就会导致认知缺陷(因此该蛋白质名称中的“智力迟钝”部分)。

有了这些证据，研究人员开始研究FMRP在人类肿瘤中的表达。然后，他们评估了其在癌症小鼠模型中的促肿瘤功能，最后研究了其与人类癌症患者预后的关系。

这项研究包括几个数据收集步骤。首先，科学家们对人类肿瘤组织进行了FMRP免疫染色。大多数肿瘤检测呈阳性，而相应的正常组织则没有。这意味着FMRP在癌细胞中具有特异性和高表达。

研究小组随后进入了他们研究的主要部分，即确定FMRP在这些肿瘤中的功能意义——它们表达这种蛋白质，但它有什么作用呢?

FMRP与免疫系统有关

为了探索这个问题，科学家们开发了所谓的“敲除”癌细胞。基因敲除细胞或生物是通过基因工程使其失去——“敲除”——一个特定的基因，以便找到关于其功能的线索。从本质上讲，无论敲除细胞与仍然拥有该基因的细胞(称为“野生型”)相比发生了什么变化，通常都可以追溯到缺失的基因。

在这种情况下，科学家们使用著名的CRISPR-Cas9基因编辑技术敲除了在胰腺、结肠、乳腺和皮肤黑素细胞产生的小鼠癌细胞中产生FMRP的基因(称为FMR1)。然后，他们将敲除FMRP的癌细胞与仍然具有FMR1基因并因此表达FMRP蛋白的癌细胞进行了比较。

研究人员评估了存活率在含有fmrp敲除癌细胞的肿瘤小鼠和含有fmrp野生型细胞的肿瘤小鼠之间进行了研究，首先在免疫系统受损的小鼠中进行。比较显示出相似的存活率。值得注意的是，当他们将敲除的肿瘤与免疫系统正常运行的小鼠体内生长的野生型肿瘤进行比较时，他们发现没有FMRP的肿瘤生长得更慢，而动物存活的时间更长。

这部分研究表明，FMRP本身并不参与刺激肿瘤生长，而是涉及适应性免疫系统(我们用疫苗“训练”的免疫系统的一部分)。

野生型肿瘤很少有浸润性T淋巴细胞，而敲除型肿瘤高度炎症，这进一步证实了这一点。从FMRP敲除的肿瘤中消耗T细胞导致它们开始更快地生长，降低了小鼠的存活率，这意味着FMRP以某种方式参与了肿瘤逃避免疫系统。

带有FMRP的肿瘤如何防御免疫细胞

该团队继续对敲除型和野生型肿瘤进行分子遗传分析。这揭示了整个基因组中基因转录的显著差异，表明FMRP与多个基因相互作用。此外，肿瘤的丰度也有显著差异癌症细胞，巨噬细胞和T细胞，进一步暗示FMRP在调节免疫系统成分中的作用。

研究的下一阶段观察了与独特免疫反应相关的特定因素的产生——逃避与攻击。研究发现，表达FMRP的肿瘤会产生白细胞介素-33，这是一种诱导调节性T细胞产生的蛋白质，T细胞是一种抑制免疫反应的特异性T细胞亚群。

它们还会产生蛋白S，一种已知能促进肿瘤生长的糖蛋白。最后，肿瘤产生外泌体-细胞器，被证明可以触发一种巨噬细胞的产生，这种细胞通常有助于伤口愈合和组织修复。总的来说，这三个因素都具有免疫抑制作用，并有助于肿瘤抵抗T淋巴细胞的攻击。

相比之下，FMRP敲除肿瘤细胞实际上下调了所有三种因子(白细胞介素-33、蛋白质S和外泌体)，同时上调了一种不同的趋化因子，称为“C-C基序趋化因子配体7”(CCL7)，它有助于招募和激活T细胞。这一过程进一步通过诱导免疫刺激(而不是免疫抑制)巨噬细胞来辅助。这些细胞产生其他三种促炎蛋白，与CCL7一起招募T细胞。

预测人类患者的免疫治疗结果

在临床环境中，问题是FMRP的水平是否有助于形成接受免疫治疗的患者的预后。与直觉相反，FMR1基因的mRNA和FMRP蛋白水平都不足以预测癌症患者队列的结果。

为了解决这个问题，研究人员基于这样一个事实，即在细胞中，FMRP通过直接结合mRNA来上调或下调其稳定性。这意味着FMRP可能会改变转录组数据集中的RNA水平，这些数据可以被收集来定义一个“基因签名”，以帮助跟踪其功能活动。这种方法奏效了，使科学家能够通过156个基因的网络追踪FMRP癌症调控活性的基因特征。

FMRP癌症网络活动特征被证明是多种人类癌症生存率差的预后因素，与FMRP的免疫抑制作用一致，并且在一些患者中，它与免疫治疗反应差有关。

这项工作表明，FMRP调节大脑中基因和细胞的网络肿瘤微环境，所有这些都有助于肿瘤逃避免疫破坏。

Douglas Hanahan说:“在研究实体肿瘤的复杂细胞组成几十年之后，我个人对我们的发现感到惊讶，一种增选的神经元调节蛋白- FMRP可以协调形成一个多方面的保护屏障，以抵御免疫系统的攻击，从而限制了免疫疗法的益处，从而使FMRP成为一种新的癌症治疗靶点。”