随着肿瘤免疫时代的到来,以抗PD-1单抗为代表的免疫治疗引领了多个肿瘤治疗领域的变革,然而,仅有部分患者可以从抗PD-(L)1单抗治疗中获得持久疗效和长期生存。目前,针对如何实现精准免疫治疗,科学家们开始了诸多尝试,探寻生物标志物。目前,肿瘤免疫治疗相关的生物标志物谱,比较常用包括TMB、dMMR/MSI、PD-L1等。
具有缺陷DNA错配修复(dMMR)的微卫星不稳定(MSI)肿瘤占散发性结直肠癌(CRC)的15%,其主要是通过表观遗传沉默体细胞的错配修复(MMR)双等位基因。与微卫星稳定型(MSS)肿瘤相比,MSI型结肠癌(CRC)对免疫检查点阻断(ICB)的反应中具有更好预后疗效与生存期,然而,这些临床特征的分子基础尚不清楚,。
2021年12月,来自中国医药大学的新药开发研究中心洪士杰教授团队在国际知名期刊 Nature
Communication(IF:14.9)发表“Protein phosphatase 2A inactivation
induces microsatellite instability, neoantigen production and immune response”研究论文,文中详细论述了dMMR发生的一种分子机制,即蛋白磷酸酶2A(PP2A)缺失或失活通过两种途径将冷微卫星稳定型(MSS)肿瘤转化为MSI肿瘤:一是通过增加视网膜母细胞瘤蛋白(Rb)磷酸化,导致E2F和DNMT3A/3B表达升高,以及随后DNA甲基化;二是通过增加组蛋白去乙酰化酶2(HDAC2)的磷酸化水平,从而降低H3K9ac水平和组蛋白乙酰化,从而诱导MLH1的表观遗传沉默。通过这两种信号信号通路的改变,PP2A的缺失或者失活能够增加肿瘤中的细胞毒性T细胞的浸润,重塑肿瘤免疫微环境,并且改善对ICB的反应,或将成为提高免疫治疗响应率的重要靶点。
有研究表明,由突变或内源性抑制剂引起的pp2a失活,在癌症转化表型的维持中具有重要作用,但其在形成免疫微环境和对ICB的反应中独特的肿瘤内在作用仍不清楚。为了探讨这一问题,作者对pp2A敲除的小鼠结肠癌肿瘤进行免疫荧光分析,发现pp2A敲除后CD8+ T细胞和CD20+ B细胞浸润明显增加,FOXP3+调节性T细胞(Treg)浸润减少,基因集合富集分析也表明细胞因子,趋化因子,IFNγ等表示升高。此外,联合TCGA数据分析共同表明小鼠和人类CRC中pp2a的失活能够改变免疫微环境,包括促进细胞毒性T或B细胞浸润和抑制肿瘤中Treg细胞表达。
为了验证这些免疫细胞浸润的增加是否是MSI介导的,作者利用TissueGnostic公司的TissueFAX扫描成像系统分别对类器官培养样本,小鼠原发结肠癌组织以及人类结肠癌组织三种不同的免疫组化样本进行成像,发现无论是类器官培养样本还是小鼠原发结肠癌组织样本,PP2A的失活都导致错配修复蛋白MLH1蛋白水平降低。此外,在对人类MSS和MSI型结肠癌免疫组化样本分析时,再次利用TissueGnostic公司单细胞定量分析软件HistoQuest对PP2A内源性抑制物,CIP2A和SET以及PP2A本身的蛋白表达水平进行了精准的定量,并以蛋白的阳性率的数值对表达水平进行了分级,HistoQuest为这一精准的组织原位单细胞的定量数据提供了强有力的支持。
接着,为了进一步探寻更深的机制,文中通过RNA-seq以及IP-MS等方法鉴定出HDAC2,
PPP2CB, AKT1和 Rb1四个基因在PP2A缺失或失活后受到明显影响,之后在表达和功能验证方面,体外实验证实Rb 和HDAC2是PP2A的直接底物,以及Rb-E2F-DNMT3A/3B和HDAC2-H3K9ac通路在PP2A失活诱导MSI中发挥作用。而在体内实验中,作者再次对利用TissueFAX扫描成像系统和单细胞定量分析软件HistoQuest对人类MSS和MSI型结肠癌免疫组化样本中的p-HDAC2,p-Rb1进行分级定量,发现在MSI型结肠癌中p-HDAC2,p-Rb1的表达水平明显高于MSS结肠癌。最终结果表明pp2a的失活引起的Rb和HDAC2的磷酸化,从而导致沉默MLH1,诱导CRC的MSI状态。
文中最后也评估了PP2A的失活对肿瘤的生长以及抗PD-1的敏感性。作者发现与WT CT26细胞(MSS CRC细胞系)形成的肿瘤相比,Ppp2r1a基因敲除的CT26细胞形成的肿瘤中CD8+肿瘤浸润T细胞水平增加,其它实验也表明能够诱导新生抗原形成以及提高对ICB介导的抗肿瘤的敏感性,并且PP2A抑制剂LB100和抗pd1联合治疗可增效改善其抗肿瘤生长活性并提高生存期。同时,这也预示着PPP2R1A、SET和CIP2 A突变或mRNA水平改变将有助于我们对ICB的反应预测,进一步提高科研的水平。