【科研反套路】肿瘤免疫代谢甲基化研究热点

经常看文献的小伙伴们一定都知道,肿瘤免疫、代谢、m6A甲基化都是研究热点,但是很少有文章能够把这些热点都结合在一起。今天跟大家分享的这篇最新发表在Cell子刊的文章“Tumors exploit FTO-mediated regulation of glycolytic metabolism to evade immune surveillance”就巧妙的结合了肿瘤免疫、肿瘤代谢这几大热点,讲述了肿瘤如何机智逃过免疫细胞监控的故事。下面让我们一起看看作者是如何做到的吧!

一、背景介绍

1.免疫逃逸(immune evasion

正常免疫条件下,体内免疫细胞可以识别并杀伤或抑制异己成分(比如肿瘤细胞)。但病理条件下,肿瘤细胞可以通过多种方法逃避免疫细胞的识别,在体内自由生长,免疫逃逸也是许多肿瘤治疗失败的原因。

2.表观基因组(epigenomic

基因组研究的是基因序列中的遗传信息,而表观基因组则包含了基因修饰中的遗传信息。即使是同一段序列,但是修饰不同,也能有不同的遗传信息。近来许多研究表明肿瘤细胞的免疫逃逸是由表观基因组重编程导致的,肿瘤细胞调节内在的转录因子构建抑制性的微环境,减少T细胞的浸润程度。

文章思路简图

二、结果解析

1.FTO敲除通过增强肿瘤浸润性T细胞抑制肿瘤生长

整篇文章作者都围绕一个关键分子FTO(一种RNA脱甲基酶)展开,而这个分子的来源是根据TCGA中的RNA-seq数据库:五个报告基因CD8A CD8B GZMA GZMB PRF1的平均表达值定义细胞毒性T淋巴细胞评分(CTL, 评分定义为五个已报告的签名基因(CD8A,CD8B,GZMA,GZMB和PRF1)的平均表达,以反映肿瘤浸润性T细胞的细胞毒性),CTL评分越高,肿瘤浸润性T细胞的细胞毒性越高,患者的生存预后越好。而这时作者发现CTL评分与FTO表达相关,在多种肿瘤中与CTL报告基因的表达相关。于是作者使用shRNA敲除FTO,敲除以后m6A甲基化水平升高,提示敲除效果较好。将敲除FTO的细胞接种到小鼠身上,发现可以增加CD8+T细胞分泌INF-γ和颗粒酶B,从而明显抑制肿瘤形成。

图1 FTO敲除通过增加肿瘤浸润性T细胞数量抑制肿瘤生长

2. 肿瘤固有FTO限制CD8 + T细胞的激活和效应状态

通过RNA-seq和GSEA分析,作者发现,与敲除FTO细胞共培养的T细胞中,细胞因子和细胞毒分子表达增强,IFN-γ和颗粒酶B的产生都增强,T细胞介导的杀伤作用也更明显,提示FTO敲除有利于T细胞效应激活,FTO本身具有抑制T细胞的功能

图2 肿瘤固有FTO抑制CD8+ T细胞激活

3.敲低的FTO通过抑制糖酵解转录物的表达减弱糖酵解

作者通过Seahorse检测发现FTO敲除细胞的糖酵解能力明显减低,RNA-seq结果提示糖酵解相关基因(PFKP, PGAM1, HK1)下调。而糖酵解相关的转录因子MYC家族和bZIP家族部分RNA和蛋白,也有显著下调。提示FTO可以增强肿瘤细胞的糖酵解。

图3 敲除FTO可以抑制糖酵解转录本表达

从而抑制糖酵解

4.FTO以m 6 A依赖性方式增加多个bZIP转录因子JunB和C/EBPβ

后续作者又检测了m6A甲基化组学,发现FTO敲除的细胞总体甲基化峰值增加。这些升高的m6A甲基化丰度是否直接被FTO介导,这些甲基化相关的基因(JunB和C/EBPβ)与DNA结合和转录激活功能相关。作者过表达FTO,同时使用gRNA靶向m6A修饰的点,抑制这些基因的m6A甲基化修饰,发现JunB和C/EBPβ RNA和蛋白水平被上调。提示FTO调控Junb和Cebpb基因的m6A修饰,并增强其蛋白表达,促进肿瘤糖酵解,抑制T细胞效应。

图4 FTO以m6A甲基化形式来调控多bZIP转录因子

(包含JunB,C/EBPβ)

5.开发Dac51作为更有效的FTO抑制剂

第五步和第六步是文章向临床转化的点睛之笔,此前FTO抑制剂被证明有抗肿瘤作用,但是还没有在免疫微环境中使用的先例。作者优化了之前研究的FB23和FB23-2,最终选择了Dac51作为抑制剂,WB和dot blot实验证明Dac51有较好的抑制FTO抑制作用,可以抑制FTO介导的Jun和Cebpb的去甲基化作用,抑制肿瘤细胞的糖酵解能力。

图5 FTO抑制剂Dac51的特点

6.Dac51可增加T细胞浸润并与抗PD-L1治疗协同作用

最后作者采用细胞共培养实验,在“与Dac51预处理”的B16-OVA肿瘤细胞共培养的T细胞中发现细胞因子释放增强,细胞毒性能力提高。患者来源的类器官模型和小鼠模型都得到了验证,Dac51治疗可有效抑制肿瘤的生长。此外,与单药治疗组相比,接受联合治疗的小鼠的B16-OVA和MC38肿瘤生长较慢,并且其总生存期显着延长,且具有防肿瘤复发作用。

图6 Dac51治疗增加了T细胞浸润同时与抗PDL1治疗协同作用

三、亮点分析

这篇文章讲述肿瘤通过FTO介导的m6A修饰调控糖酵解代谢来逃逸免疫监视,尽管主图数据量相对没那么丰富,但是胜在结论扎实,临床转化意义较大,而且肿瘤代谢、肿瘤免疫、m6A甲基化这三种热点的叠加,比以往单一热点或者双热点的文章增色不少,是一篇很好的反套路的Cell子刊文章。可以借鉴的是作者这种巧妙结合热点的方法,例如课题研究的主要分子与m6A相关,不妨多留意相关组学内糖酵解或者免疫相关的功能,看看是否能结合起来,让文章更上一层楼。

 

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