近日，由約翰霍普金斯大學(xué)醫(yī)學(xué)院Gregg L. Semenza教授帶領(lǐng)的科學(xué)家團(tuán)隊(duì)在Cell Reports發(fā)表的一項(xiàng)最新成果揭示，負(fù)責(zé)關(guān)閉細(xì)胞天然自殺信號(hào)的基因BIRC2也可能是導(dǎo)致乳腺癌和黑色素瘤細(xì)胞對(duì)免疫檢查點(diǎn)阻斷療法（ICB）耐藥的罪魁禍?zhǔn)住?/p>

去年，Semenza教授與WilliamG. Kaelin Jr和Sir Peter J. Ratcliffe三位科學(xué)家因發(fā)現(xiàn)細(xì)胞如何適應(yīng)和感知氧氣變化分享了諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。Semenza教授做出的重要貢獻(xiàn)是發(fā)現(xiàn)了指導(dǎo)細(xì)胞適應(yīng)低氧水平的基因HIF-1 (hypoxia-inducible factor 1)。

而調(diào)查HIF-1在癌癥中的作用也是Semenza教授的研究方向之一。2018年，他帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，缺氧會(huì)促進(jìn)癌細(xì)胞啟動(dòng)3個(gè)幫助它們逃避免疫系統(tǒng)攻擊的基因。其中，CD47的表達(dá)會(huì)釋放“別吃我”信號(hào)，阻斷巨噬細(xì)胞對(duì)癌細(xì)胞的殺傷；PD-L1和CD73的表達(dá)則會(huì)阻斷T淋巴細(xì)胞對(duì)癌細(xì)胞的殺傷。

在這項(xiàng)新研究中，Semenza教授和他的團(tuán)隊(duì)對(duì)由Dana Farber癌癥研究所的研究者們鑒定出的325個(gè)人類基因進(jìn)行了篩選。這些基因?qū)?yīng)的蛋白在黑色素瘤細(xì)胞中過(guò)表達(dá)，且與幫助癌細(xì)胞逃避免疫系統(tǒng)的機(jī)制有關(guān)。

HIFs調(diào)節(jié)低氧誘導(dǎo)的BIRC2的表達(dá)（來(lái)源：Cell Reports）

分析顯示，325個(gè)基因中，有38個(gè)受到HIF-1的影響。BIRC2（baculoviral IAP repeat-containing 2），也被稱為cIAP1（cellular inhibitor of apoptosis protein 1）是這38個(gè)基因中的一個(gè)。BIRC2已知可阻止細(xì)胞“自殺”、凋亡，其過(guò)表達(dá)發(fā)生在約40%的乳腺癌。盡管有研究證實(shí)，BIRC2缺失會(huì)使癌細(xì)胞在體外對(duì)T細(xì)胞殺傷敏感，但該蛋白促進(jìn)癌細(xì)胞免疫逃逸的具體分子機(jī)制尚未闡明。

在這項(xiàng)新研究中，首先，通過(guò)研究人類乳腺癌細(xì)胞中的BIRC2，Semenza教授團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)缺氧蛋白HIF1和HIF2在低氧條件下會(huì)直接結(jié)合到BIRC2基因的一部分，這一發(fā)現(xiàn)鑒定出了促進(jìn)BIRC2蛋白產(chǎn)生的一個(gè)直接機(jī)制。

接著，研究小組給小鼠注射了被基因改造后僅可表達(dá)少量BIRC2或直接不表達(dá)BIRC2的人類乳腺癌或黑素瘤細(xì)胞，并觀察腫瘤的發(fā)展。結(jié)果顯示，在注射了缺乏BIRC2表達(dá)的癌細(xì)胞的小鼠中，腫瘤的形成需要更長(zhǎng)的時(shí)間，大約三到四周（對(duì)照組是2周）。

敲除黑色素瘤細(xì)胞中的BIRC2可通過(guò)非經(jīng)典NF-κB通路上調(diào)CXCL9（來(lái)源：Cell Reports）

由不含BIRC2的癌細(xì)胞形成的腫瘤CXCL9蛋白的水平也顯著提升（是對(duì)照組的5倍），該蛋白是一種趨化因子，可引導(dǎo)T細(xì)胞和自然殺傷（NK）細(xì)胞到腫瘤部位。腫瘤形成所用的時(shí)間越長(zhǎng)，在瘤內(nèi)發(fā)現(xiàn)的T細(xì)胞和NK細(xì)胞就越多。

敲除黑色素瘤細(xì)胞中的BIRC2可降低腫瘤生長(zhǎng)，改變炎性細(xì)胞向腫瘤微環(huán)境的招募（來(lái)源：Cell Reports）

Semenza教授認(rèn)為，在腫瘤中發(fā)現(xiàn)大量的免疫細(xì)胞是免疫治療成功的關(guān)鍵指標(biāo)。

接著，為了確定免疫系統(tǒng)對(duì)他們觀察到的腫瘤生長(zhǎng)放緩是否至關(guān)重要，Semenza教授團(tuán)隊(duì)將不含BIRC2的黑色素瘤和乳腺癌細(xì)胞注射到免疫系統(tǒng)失去功能的小鼠體內(nèi)。結(jié)果顯示，腫瘤在約兩周內(nèi)形成，與正常情況相同。這表明，與BIRC2缺失相關(guān)的腫瘤生長(zhǎng)速度下降依賴于招募T細(xì)胞和NK細(xì)胞到腫瘤處。

BIRC2敲除可增加免疫檢查點(diǎn)阻斷療法的療效（來(lái)源：Cell Reports）

最后，研究者們分析了移植了人類乳腺癌或黑色素瘤的小鼠，這些腫瘤要么可產(chǎn)生BIRC2，要么被工程改造缺乏BIRC2。他們給移植了黑色素瘤腫瘤的小鼠使用了兩種被FDA批準(zhǔn)的免疫療法（PD1抗體+CTLA-4抗體），給移植了乳腺腫瘤的小鼠使用了其中一種免疫治療藥物（PD-1抗體）。結(jié)果顯示，在兩種腫瘤類型中，免疫治療藥物僅對(duì)缺乏BIRC2的腫瘤有效。在黑色素瘤中，與單獨(dú)使用ICB相比，ICB聯(lián)合BIRC2敲除顯著增加了適應(yīng)性和先天抗腫瘤免疫力。在乳腺癌模型中，BIRC2敲除顯著增強(qiáng)了PD-1抗體的療效。

總結(jié)來(lái)說(shuō)，該研究發(fā)現(xiàn)，低氧可誘導(dǎo)乳腺癌和黑色素瘤細(xì)胞中BIRC2表達(dá)增加。敲除BIRC2可增加CXCL9的表達(dá)，進(jìn)而增加腫瘤中CD8+T細(xì)胞和NK細(xì)胞的招募。此外，抑制BIRC2表達(dá)也可通過(guò)使腫瘤更具免疫原性從而影響腫瘤生長(zhǎng)。更重要的是，BIRC2缺乏顯著增加了小鼠黑色素瘤和乳腺腫瘤對(duì)抗CTLA-4和/或抗PD-1免疫檢查點(diǎn)阻斷療法的敏感性。

研究人員表示，如果進(jìn)一步的研究能夠證實(shí)這些發(fā)現(xiàn)，表明BIRC2過(guò)表達(dá)可能是免疫治療耐藥性的一個(gè)關(guān)鍵標(biāo)志物。未來(lái)，臨床醫(yī)生有望通過(guò)將阻斷BIRC2活性的藥物與免疫檢查點(diǎn)抑制劑進(jìn)行聯(lián)合，形成一種強(qiáng)效抗癌雞尾酒療法。

目前，可使BIRC2和其它抗細(xì)胞自殺蛋白失活、被稱為“SMAC模擬物”的實(shí)驗(yàn)性藥物正在開(kāi)展臨床研究，以調(diào)查治療某些類型癌癥的潛力（SMAC可通過(guò)與IAP結(jié)合促進(jìn)細(xì)胞凋亡）。Semenza教授表示，盡管這些藥物單藥治療效果不是很好，但它們可能對(duì)改善腫瘤含高水平BIRC2的患者對(duì)免疫治療藥物的響應(yīng)非常有用。

“癌細(xì)胞可利用許多途徑來(lái)逃避免疫系統(tǒng)，我們的目標(biāo)是找到額外的藥物來(lái)補(bǔ)充現(xiàn)有的免疫治療策略。”Semenza教授總結(jié)道。

參考資料：

1# Effective cancer immunotherapy further linked to regulating a cell 'suicide' gene（來(lái)源：Johns Hopkins University School of Medicine）

2# Debangshu Samanta et al. BIRC2 expression Impairs Anti-Cancer Immunity and Immunotherapy Efficacy. Cell Reports（2020）.