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Cell子刊中的肿瘤干细胞中的肿瘤免疫研究思路

头颈部鳞状细胞癌(HNSCC)是一种恶性肿瘤,5年生存率低,预后差,具有高侵袭性,高耐药性,经常转移到颈部淋巴结。近几年肿瘤干细胞(CSCs)也被逐渐发现与肿瘤的起始、生长和转移有关,越来越多的证据表明,CSCs可能导致癌症治疗抗药和复发。而有报道发现在CSC中高表PD-L1和维持CSCs自我更新的BMI1,所以肿瘤干细胞与肿瘤免疫联合研究开始受到许多科学家的关注。今天笔者就带来一篇在肿瘤干细胞中的肿瘤免疫研究,这篇报道发表在Cell Stem Cell(IF=20.8),让我们一起来看一下这篇文章的主要工作吧。

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01
顺铂和抗PD1联合应用后BMI1+CSCs富集

为了检验抗PD1联用顺铂是否能消除HNSCCBMI1+CSCs作者在荷瘤小鼠中进行单独用药和联合用药实验,发现联合用药虽然没有增强顺铂的抑制效果,但显著减少HNSCC和面积。此外,联合用药也显著降低了HNSCC的侵袭性减少了淋巴结转移增加了肿瘤中CD8+T细胞浸润Bm1-肿瘤细胞凋亡BMI1+CSCs则未改变同时作者发现在单用顺铂和联合用药中可以显著地富集肿瘤中BMI1+CSCs

结论:抗PD1加顺铂能够有效地杀死非干性肿瘤细胞, 而BMI1+CSCs可以逃避CD8+T细胞的杀死。

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02
BMI1抑制剂加抗PD1消除CSCs并抑制HNSCC进展

随后作者利用了BMI1抑制剂PTC209处理肿瘤细胞,证实抑制剂可降低BMI1在肿瘤中的表达。同样对荷瘤小鼠进行抑制剂和PD1单独和联合用药结果发现联合用药显著减少肿瘤数量、面积侵袭性和淋巴结转移,也可以效地诱导非干性的HNSCC凋亡。联合用药也使CD8+T细胞浸润明显增加,同时体内标记显示联合用药能有效地清除HNSCC中的BMI1+CSCs

结论:抑制剂加抗PD1治疗的肿瘤细胞数量减少并能减少干性肿瘤细胞。

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03
肿瘤内CD8+T细胞提供联合用药诱导的抗肿瘤免疫

为了测试PTC209+抗PD1介导的抗肿瘤免疫是否需要瘤内CD8+细胞,作者用抗CD8+细胞的抗体同时治疗荷瘤小鼠。免疫组化显示,抗CD8抗体可明显抑制联合用药诱导的CD8+T细胞浸润并且恢复了肿瘤面积及数量,同时也减弱了联合用药诱导的肿瘤细胞生长抑制,凋亡和淋巴结转移。

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为了进一步确定靶向肿瘤细胞固有的BMI1是否促进CD8+T细胞的浸润,作者构建了BMI条件性敲除小鼠,并验证了HNSCC中BMI1基因被敲除。BMI1KO与抗PD1联用可显著抑制HNSCC的数量、面积,侵袭和淋巴结转移,也能有效地诱导HNSCC凋亡,同时能进一步促进HNSCC 的CD8+T细胞浸润。

结论:肿瘤细胞中BMI1的抑制与PD1的阻断协同作用,通过募集和激活CD8+T细胞来抑制HNSCC的侵袭生长和转移。

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04
抑制BMI1激活肿瘤细胞内源性免疫反应

为了进一步阐明BMI1抑制募集CD8+T细胞增强PD1阻断治疗的分子和表观遗传学机制,作者构建了BMI1敲降细胞并进行验证之后作者进行RNA-seqGO富集到免疫应答和趋化相关条目,敲降细胞显著增加了干扰素调节的趋化因子(CCL5CXCL9CXCL10CXCL11),它们促进CD8+T淋巴细胞向肿瘤部位的招募 qRT-PCRELISA验证。同时作者还检测了HNSCC组织中BMI1CD8CCL5CXCL10呈负相关。

有报道称 BMI1被招募到双链DNA断裂(DSB)位点,使pH2A.X泛素化促进DSB的修复。随后作者观察到抑制剂处理和KO鼠的HNSCC中DNA损伤标志物pH2A.X显著增加,表明抑制BMI1可诱导HNSCC的DNA损伤。作者为了检测BMI1抑制引起的DNA损伤是否导致胞浆dsDNA的积聚,使用dsDNA特异的活性染料PicoGreen进行染色。用抑制剂和敲降后,发现胞质中dsDNA积累。作者利用Wb发现抑制BMI1诱导了细胞中STING、TBK1和IRF3的磷酸化,激活了IFNb,同时磷酸化IRF3显著增加,证实抑制BMI1激活了体内cGAS-STING-IRF3通路,与其他报道一致。

作者利用ChIP-qPCR发现BMI1特异性地位于CCL5、CXCL9、CXCL10和CXCL11启动子上。抑制剂处理降低了BMI1与启动子结合水平,同时也显著降低了CCL5、CXCL9、CXCL10和CXCL11启动子上的H2AUb标记水平,表明抑制BMI1也可以内在地抑制趋化因子的表达。

结论:抑制BMI1可以诱导cGAS-STING信号激活IRF3介导的转录,同时可以消除趋化因子启动子上的抑制性H2AUb的结合,两种相互关联的机制来刺激肿瘤细胞中的趋化因子。

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随后作者测试抗PD1和抑制剂介导的抗肿瘤免疫是否需要IFN调节的趋化因子和CD8+T细胞的募集,作者同时用CCR5和CXCR3的抑制剂TAK779治疗荷瘤小鼠,这两种受体分别是CCL5、CXCL9、CXCL10和CXCL11的受体。免疫组化结果显示,TAK779可显著抑制抗PD1+PTC209诱导的HNSCC中CD8+T细胞的浸润,恢复被联合用药所抑制的肿瘤面积并且逆转了HNSCC的生长抑制作用,减弱了HNSCC凋亡和淋巴结转移的抑制作用。

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05
BMI1抑制剂联合抗PD1预防HNSCC复发

为了确定BMI1+CSCs是否与HNSCC复发有关,进行了体内谱系追踪。示踪小鼠可以追踪BMI1+及其子代细胞,示踪小鼠荷瘤用抗PD1+顺铂、抗PD1+PTC209对照处理。结果显示PD1抗体联合顺铂治疗的HNSCC中,70%以上的肿瘤细胞为BMI1+细胞,在使用抗PD1+PTC209中,阳性细胞减少并且PD1联合PTC209治疗HNSCC的复发率更低 提示富集的BMI1+CSCsHNSCC复发的原因。

作者使用更长时间的示踪发现与抗PD1+顺铂相比,抗PD1+PTC209的病灶面积更小,而对照组和抗PD1+顺铂治疗组中HNSCC的数量、面积和侵袭能力没有差异,从而证实了抗PD1+顺铂治疗组HNSCC容易复发。同时抗PD1+PTC209对HNSCC生长的抑制作用持续存在,且淋巴转移数量显著减少。体内标记BMI1+CSCs显示,在消退期HNSCC中,抗PD1+PTC209能有效地消除BMI1+CSCs,而在用抗PD1+顺铂治疗的复发HNSCC中,BMI1+CSCs仍然存在。

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笔者总结

这篇文章初看觉得套路简单,还在想怎么能发到干细胞的顶刊上,但是细细读完之后,发现作者整体思路清晰,从最开始的科学问题出发,提出了领域内的难点和临床问题,验证了虽然顺铂和抗PD-1联用对肿瘤有效,但其只能杀死非干性肿瘤细胞,会使肿瘤极易复发。有了这个科学问题作为导向,接下来沿着领域内研究的热点BMI1对肿瘤干细胞自我更新的影响开始进行研究。并且发现在与抑制剂连用后可以将干性肿瘤细胞杀死,并且从肿瘤免疫方面解释了部分机制。在达到创新度之后,工作量也丝毫不差,分别用了体内示踪小鼠和条件性敲除小鼠来对BMI1进行验证,从体内和体外两方面佐证得到的结果。更重要的是这篇文章在实验分组方面非常的严谨细致,多个分组实验使结果清晰明了。所以有要做肿瘤干细胞和肿瘤免疫的小伙伴可以参考这篇文章,说不定会给你带来许多思路和启发。


来源:科研讲坛

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