Cancer Cell：m6A修饰TAM调控CD8+ T细胞命运新机制 | m6A专题

转载自：小柯生命

北京时间2021年5月20日晚23时，中科院北京基因组研究所韩大力团队和清华大学免疫研究所徐萌团队合作在Cancer Cell上发表论文——“The loss of RNA N⁶-adenosine methyltransferase Mettl14 in tumor-associated macrophages promotes CD8+ T cell dysfunction and tumor growth”。

该研究揭示了特定肿瘤相关巨噬细胞亚群通过表观转录组层面调控CD8⁺ T细胞功能的新机制：m⁶A甲基化酶METTL14在C1q⁺ 巨噬细胞中的丧失，导致巨噬细胞中Ebi3转录本上m⁶A修饰的降低和EBI3表达量的增加，进而诱导肿瘤微环境内CD8⁺ T细胞的功能失调。

靶向免疫检查点PD-1的抗体疗法可高效恢复CD8+ T细胞功能，使其在多种类型肿瘤治疗中取得了很好的疗效。但是，仍有大部分病人不能有效响应免疫检查点阻断疗法，其中一个重要原因是肿瘤中功能失调的T细胞不可被逆转【1, 2】。研究表明，肿瘤相关巨噬细胞通过过表达PD-L1等共抑制性分子或IL-10\TGF-b等细胞因子而成为诱导T细胞功能失调的主力军之一【3】。

然而，巨噬细胞的功能异质性和可塑性很高，其功能会随着环境中刺激信号的不同而灵活转变，而这种状态和功能的可塑性可以通过表观转录组的动态变化来实现【4】。作为真核细胞中mRNA上丰度最高的修饰类型，m⁶A可以通过影响mRNA的稳定性及翻译效率等过程实现精确的转录后调控【5, 6】。近期的工作指出，m⁶A修饰水平及m⁶A修饰酶的表达水平在多种类型肿瘤中处于失调状态【7, 8】。然而，m⁶A修饰是否影响肿瘤相关巨噬细胞的功能并参与其对T细胞功能的调控，仍然值得进一步探究。

图文摘要

这项新研究发现，肿瘤相关巨噬细胞中存在一类C1q⁺巨噬细胞亚群，通过表面的免疫调节受体和T细胞相互作用。有趣的是，C1q⁺巨噬细胞亚群中富集和m⁶A修饰相关的基因例如Mettl14。进一步探究m6A修饰在巨噬细胞中的作用发现，在巨噬细胞中特异性敲除Mettl14的小鼠抗肿瘤能力低于野生型小鼠，肿瘤浸润的CD8⁺ T细胞比例显著下降。并且Mettl14条件性敲除小鼠与野生型小鼠抗肿瘤能力的差异是由CD8⁺ T细胞介导的。

单细胞测序数据表明，与野生型对照组相比，巨噬细胞中Mettl14的缺失可导致免疫微环境中浸润的效应性CD8⁺ T细胞和耗竭性T细胞前体细胞显著减少，而活化异常且功能失调的中间态CD8⁺ T细胞显著增多。功能验证进一步说明，巨噬细胞中Mettl14的缺失导致CD8⁺ T细胞的杀伤性功能下降，并且上调表达共抑制性受体。这些结果说明Mettl14缺失的巨噬细胞打破了CD8+ T细胞分化的平衡，即抑制效应性CD8⁺ T细胞的活化而促使CD8⁺ T细胞功能失调。

通过整合分析野生型和Mettl14缺失的肿瘤相关巨噬细胞的m⁶A-seq和RNA-seq数据，发现Ebi3 mRNA上的m⁶A修饰水平在Mettl14缺失的巨噬细胞中显著降低，Ebi3 mRNA水平和蛋白表达水平显著提高。EBI3中和抗体通过挽救Mettl14条件性敲除小鼠中CD8⁺ T细胞的杀伤性功能，显著提高其抗肿瘤能力。结果表明，Mettl14缺失的巨噬细胞通过提高EBI3的表达量诱导CD8⁺ T细胞功能失调。

接下来，为了探究上述结论是否适用于病人肿瘤样本，研究者首先使用多色免疫组织化学染色技术发现结肠癌病人的肿瘤样本中巨噬细胞与CD8⁺ T细胞的临近位置关系。除此之外，肿瘤基质中METTL14的表达量与m⁶A修饰水平以及CD8⁺ T细胞的浸润呈正相关关系。肿瘤基质的m⁶A修饰水平高的病人与m⁶A修饰水平低的病人相比，肿瘤基质中浸润的CD8⁺ T细胞效应性功能更好。

综上，本研究报道了肿瘤相关巨噬细胞中RNA m⁶A修饰的失调导致EBI3表达量的上调，促使CD8⁺ T细胞功能失调的新机制。研究表明m⁶A修饰在表观转录层面调控巨噬细胞的免疫调节功能，强调了巨噬细胞功能可塑性可通过表观转录动态变化实现精准调控。研究者提出，靶向Mettl14下游抑制CD8⁺ T细胞功能的分子，例如EBI3，有望恢复CD8⁺ T细胞功能并提高现有PD-1/PD-L1阻断抗体疗法的响应率。

中国科学院北京基因组研究所（国家生物信息中心）韩大力研究员和清华大学医学院徐萌研究员为该论文的共同通讯作者。清华大学博士生董丽辉，基因组所博士生陈传远和张亚伟为共同第一作者，基因组所的博士后常人葆和博士生梁广豪，清华大学博士生郭霈锦、刘弋、李亦林和孙梦雪也参与了此工作。北京大学肿瘤医院的沈琳教授团队，北京大学刘君研究员，中国科学院生态环境研究中心汪海林研究员和赖玮毅博士以及美国芝加哥大学Urszula Dougherty和 Marc B. Bissonnette对本文有重要贡献。

相关论文信息：

https://doi.org/10.1016/j.ccell.2021.04.016

附：中科院北京基因组所韩大力课题组招聘工作人员

韩大力研究团队致力于应用生物信息学、表观修饰组学测序技术及人工智能算法等技术手段研究肿瘤免疫应答、干细胞命运决定和组织器官再生等生命医学前沿领域。至今在Nature, Science, Cancer Cell, Cell Metabolism, Nature Methods, Molecular Cell等学术期刊上发表论文20余篇。

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参考文献

1. Ribas, A., and Wolchok, J. D. (2018). Cancer immunotherapy using checkpoint blockade. Science 359, 1350-1355.

2. Pauken, K. E., Sammons, M. A., Odorizzi, P. M., Manne, S., Godec, J., Khan, O., Drake, A. M., Chen, Z., Sen, D. R., Kurachi, M., et al. (2016). Epigenetic stability of exhausted T cells limits durability of reinvigoration by PD-1 blockade. Science 354, 1160-1165.

3. DeNardo, D. G., and Ruffell, B. (2019). Macrophages as regulators of tumour immunity and immunotherapy. Nat Rev Immunol 19, 369-382.

4. Locati, M., Curtale, G., and Mantovani, A. (2020). Diversity, Mechanisms, and Significance of Macrophage Plasticity. Annu Rev Pathol 15, 123-147.

5. Wang, X., Lu, Z., Gomez, A., Hon, G. C., Yue, Y., Han, D., Fu, Y., Parisien, M., Dai, Q., Jia, G., et al. (2014). N6-methyladenosine-dependent regulation of messenger RNA stability. Nature 505, 117-120.

6. Wang, X., Zhao, B. S., Roundtree, I. A., Lu, Z., Han, D., Ma, H., Weng, X., Chen, K., Shi, H., and He, C. (2015). N(6)-methyladenosine Modulates Messenger RNA Translation Efficiency. Cell 161, 1388-1399.

7. Chang, G., Shi, L., Ye, Y., Shi, H., Zeng, L., Tiwary, S., Huse, J. T., Huo, L., Ma, L., Ma, Y., et al. (2020). YTHDF3 Induces the Translation of m(6)A-Enriched Gene Transcripts to Promote Breast Cancer Brain Metastasis. Cancer Cell 38, 857-871 e857.

8. Huang, H., Weng, H., and Chen, J. (2020). m(6)A Modification in Coding and Non-coding RNAs: Roles and Therapeutic Implications in Cancer. Cancer Cell 37, 270-288.

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