腫瘤治療過程中T細胞衰竭的分子機理
日期:2017-03-17 10:24:42
細胞殺傷T細胞通常可以識別癌細胞或被病原體感染的細胞,正因如此,我們才能夠活到成年。但是,整日召喚過度活躍的免疫細胞到腫瘤細胞或是感染部位,就會導致細胞衰竭疲憊,以至于它們無法再被分配到“入侵者”身邊。
幸運的是,癌癥專家們已經在研發有效的免疫治療手段,來對抗免疫細胞衰竭,使免疫細胞重新激發活性消滅病人腫瘤。
最近發表于PNAS雜志上的一篇文章率先報道了,衰竭型T細胞的DNA結構與普通T細胞不同。研究人員還更新、編制了一份參與衰竭過程的DNA結合蛋白的候選名單。該研究推進了下一代免疫療法的研究進程。
La Jolla 過敏與免疫研究所(LJI)信號和基因表達學院的教授,本文的作者之一,Patrick Hogan博士說,免疫療法在很多病人身上確實療效顯著,但是在一些案例中,它的效力時間不夠持久。因此,作為奮戰在生物醫學研究大軍中的一員,為了真正的臨床療效,我們必須不斷地升級更新這些治療方法。我們研究團隊的著力點是“腫瘤細胞是如何使免疫細胞停工的”。
為了觀察T細胞在腫瘤環境中是如何“脫力”的,研究組準備了兩種工程T細胞系:一個實驗組(衰竭組),能夠識別腫瘤抗原,因此可以通過慢性暴露于腫瘤而失去功能性;一個對照組,不能識別任何腫瘤抗原,因此會一直保持活性。研究人員將兩種細胞分別注射到黑色素瘤模型小鼠體內。一開始,兩種細胞都顯示聚集在了腫瘤組織附近,但是時間一長,衰竭組因腫瘤抗原的過度刺激逐漸展現出衰竭跡象。
用于標記衰竭程度的一個分子標記是PD-1,這是一個以“阻斷T細胞殺傷能力”聞名的“壞角色”。相比之下,對照組T細胞的衰竭標記水平一直較低。于是,接下來研究人員就去調查了衰竭組基因水平的變化,哪些基因啟動了以及是如何被啟動的。
研究人員采用了兩種單細胞測序方法,RNA測序 和 ATAC測序。RNA測序用來鑒定基因的開啟,ATCA測序用來監控DNA結構中那些區域的螺旋比較松散。這些未壓縮的DNA區域代表著DNA正在表達或正在結合激活它們的結合因子。
衰竭型T細胞的ATCA測序結果指示了2000個新增可疑區域,與對照組T細胞比較結果將它們的范圍縮小到了450個。用生物信息手段分析這些區域的DNA序列來調查可能的被征召到這些區域細胞蛋白(潛在的基因表達激活因子)。
DNA序列分析結果指出了很多耳熟能詳的參與者們的結合位點,這些區域與我們之前繪制的經慢性感染導致衰竭的T細胞中的NFAT(一種DNA結合蛋白)結合位點有重合。 Hogan說,這可能暗示了導致腫瘤和慢性感染中細胞衰竭的一般通路。
分析結果還指向了另外一個嫌疑對象,Nr4a家族蛋白,但是之前沒有研究顯示過該蛋白與T細胞衰竭有關。進一步的分析結果強有力的顯示了Nr4a家族蛋白單槍匹馬地導致了細胞衰竭。這與依賴性的,還需要其他條件介導的NFAT完全不同。因此,一個比較明顯的結論就是:DNA結合因子(比如NFAT和Nr4a蛋白家族)參與了T細胞的機能障礙。
文章的第一作者,Hogan實驗室的博士后,Giuliana Mognol博士說,Nr4a實質性地、獨自參與T細胞衰竭是一個重要發現。盡管在免疫療法中PD-1抑制劑的成效顯著,但仍有50%的人對其沒有響應。確定可以靶向結合PD-1的新分子是對未來的免疫療法研究來講非常重要。
下一代免疫療法的目標可能是通過改變衰竭T細胞的基因組,可能是將已經衰竭的T細胞原本松散的DNA結構重新壓縮,不過,這究竟可不可行還有待研究。例如,本文也指出對黑色素瘤模型小鼠使用PD-1阻斷劑,雖然T細胞的功能得到了改善,但DNA的構象只有輕微的變化。
Hogan說,我們在實驗中的焦點實際在于細胞信號轉導的改變,而非細胞基因組結構的變化。現在,我們已經確定了一些變化,我們下一個任務是開發一些手段來扭轉它們。
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