Gut：结合铁粘附诱导和MDSC阻断使原发性肿瘤和肝转移灶对免疫检查点阻断敏感

背景

铁死亡是一种非凋亡的铁依赖性细胞死亡类型，依赖于导致细胞膜破坏的脂质过氧化物的积累。铁死亡在细胞形态和信号转导通路上与其他类型的细胞死亡不同，因为它不能被caspase相关的、受体相关的接头蛋白激酶 (RIP)和肿瘤坏死因子α (TNFα)的抑制所挽救，而对还原剂和铁螯合剂敏感。尽管铁死亡的终末执行分子机制尚未明确，但调控脂质过氧化的起始信号已得到充分证实。生理上，铁死亡可通过硒酶谷胱甘肽过氧化物酶4 (GPx4)预防，而GPx4是细胞抗氧化网络的重要组成部分。GPx4的活性依赖于谷胱甘肽，而谷胱甘肽的浓度取决于系统Xc-输入的半胱氨酸。脂氧合酶 (ALOX)，一种对脂质过氧化乙酰辅酶a酶敏感的多不饱和脂肪酸，已被证明参与铁死亡。

简介

2023年1月27日，来自德国法兰克福歌德大学的Claire Conche及其团队在Gut (IF: 31.795)杂志上发表名为Combining ferroptosis induction with MDSC blockade renders primary tumours and metastases in liver sensitive to immune checkpoint blockade的研究[1]。

研究亮点

1、在肝细胞癌 (HCC)中，铁死亡不能提供细胞自主的肿瘤抑制功能，而是触发适应性免疫反应，使铁死亡位于CD8⁺ T细胞上游。

2、由cCAS/STING依赖性CXCL10分泌的T细胞浸润与CD8⁺T细胞分泌IFNγ相关，最终导致肿瘤细胞PD-L1的上调。

3、相反，在肝癌中，铁死亡通过HMGB1触发髓源性抑制细胞 (MDSCs)的肿瘤浸润，但在结直肠癌中则没有。

4、在联合免疫检查点和MDSC阻断的情况下，铁死亡是治疗HCC和CRC肝转移的有效抗癌靶点，而原发性CRC对这种联合治疗具有耐药性。

5、为肝细胞癌和结直肠癌肝转移的治疗提供了新的治疗选择。

6、考虑到茄素A (WFA)、α-PD-1和SB225002联合治疗对肝转移的疗效独立于原发肿瘤的应答，以及铁死亡是一种非靶向的抗肿瘤方法，因此其有可能扩展到来自其他类型肿瘤的肝转移。

主要结果

铁死亡并不抑制HCC的发展

已知铁死亡肝脏中上调的许多基因产物可促进肿瘤发生，因此我们推断，在肿瘤发生期间，铁死亡可能通过创造促炎性、促肿瘤生成的微环境来抵消之前提出的细胞自主肿瘤抑制作用。因此，为了研究Gpx4缺失在肝脏肿瘤发生过程中的后果，我们利用了一种基于转座子的小鼠肝癌模型，该模型是通过尾静脉流体动力学注射 (HTVI)实现的，该HTVI将编码两种癌基因NrasG12V和myrAKT的构建体以及编码转座酶的质粒 (图1A)。Nras免疫染色证实，在两种基因型中，7天后转座子递送的效率相似 (图1B)，并在HTVI后25天导致了多灶性HCC，表现为高度分化的肝细胞肿瘤，具有小梁状生长模式、突出的核仁以及不同程度的脂肪改变和气球样变 (图1C)。部分可见消退性和炎症性改变。此外，Pearl普鲁士蓝染色并未显示HTVI后Gpx4^F/F和Gpx4^Δ/Δhep小鼠肝脏内的铁沉积增强。Gpx4^Δ/Δhep小鼠肝肿瘤的特征是TUNEL阳性细胞数量显著增加，而通过裂解caspase3确定的凋亡细胞数量无差异 (图1D)。此外，Gpx4^Δ/Δhep小鼠的肿瘤表现出与氧化性DNA损伤标志物8-OHdG水平升高相关的脂质过氧化、CD71表达和p-H2AX表达显著增加 (图1D)，支持gpx4缺陷型肿瘤细胞死于非凋亡的脂质过氧化诱导的铁死亡这一观点。值得注意的是，Gpx4^F/F对照组和Gpx4^Δ/Δhep小鼠的肝癌荷瘤小鼠的肿瘤负荷、肿瘤细胞增殖和生存率相当 (图1E，F)。因此，在HCC中诱导铁死亡不足以产生显著的肿瘤抑制作用。

图1. 在小鼠肝癌模型中诱导铁死亡不足以限制肿瘤生长

铁死亡通过刺激髓系源性抑制细胞募集来诱导免疫抑制

除了明显的CD8⁺ T细胞浸润外，我们还观察到F4/80⁺和Gr-1⁺髓系细胞向Gpx4^Δ/Δhep肿瘤的浸润增强 (图3A)，这些肿瘤可能包括髓系源性的抑制细胞 (MDSCs)和肿瘤相关巨噬细胞 (TAMs)。采用流式细胞术分析进一步确定髓系隔室的特征。我们发现，在Gpx4^Δ/Δhep肿瘤中，铁死亡既不影响TAMs的募集，也不影响树突状细胞 (DC)的募集和活化，而在Gpx4^Δ/Δhep肿瘤中，M-MDSC和PMN-MDSC的浸润显著增加 (图3B)。我们证实了肿瘤浸润的MDSC对T细胞增殖的免疫抑制活性，我们注意到铁死亡显著增加了PMNMDSC的免疫抑制活性 (图3C)。接下来，我们研究了铁死亡如何在Gpx4^Δ/Δhep肿瘤中触发MDSC浸润。HMGB1是MDSCs的有效招募者，我们确实可以证实，发生铁死亡的原代Gpx4^Δ/Δhep肝细胞释放的HMGB1水平显著高于对照肝细胞 (图3D)。为了在Gpx4^Δ/Δhep小鼠中测试HMGB1阻断可否防止MDSC浸润并刺激抗肿瘤免疫，我们在Gpx4^Δ/Δhep/Rage^-/-复合突变小鼠中诱导HCC，或者在携带肿瘤的Gpx4^Δ/Δhep单突变小鼠中使用HMGB1中和抗体治疗，从第25日开始持续2周 (图3E，F)。虽然α-HMGB1抗体治疗使中位生存期从113天延长为127天，但Rage缺失显著延长了Gpx4^Δ/Δhep小鼠的总生存期 (图3E)，但在两种情况下，均有一些小鼠存活超过200天，这突出了MDSC在诱导铁死亡方面的促肿瘤作用，并支持以下观点:与铁死亡相关的HMGB1释放介导的免疫抑抑性PMN-MDSC和M-MDSC浸润抵消了细胞毒性T细胞应答。

图3. 铁死亡诱导的T细胞活化和MDSC肿瘤浸润可作为HCC联合治疗的靶点

铁死亡相关的细胞毒性T细胞应答仅在肝脏中提供肿瘤抑制

为了研究肿瘤细胞铁死亡是否也会在其他肿瘤实体中触发类似的抗肿瘤免疫应答，我们利用了最近开发的针对Apc、Trp53、TGF fbr 2、K-rasG12D (APTK)的结肠直肠肿瘤器官样突变体，或另外表达肉豆蔻酰化AKT (APTKA)，可将其移植到具有免疫活性的小鼠中。在APTK和APTKA类器官中引入靶向Gpx4的多西环素诱导的shRNA或对照shRNA，并产生皮下 (s.c)肿瘤。在表达shGpx4的APTKA和APTK s.c.肿瘤中，Gpx4蛋白表达缺失，以及CD71上调 (作为铁死亡诱导的标志物)得到了免疫组织化学证实 (图4A，B)。与HCC模型中一样，Gpx4单独缺失并不影响s.c.结直肠肿瘤的肿瘤生长 (图4C)，但流式细胞术分析证实，在Gpx4缺陷型肿瘤中，CD4⁺和CD8⁺ T细胞浸润增强，CD8⁺ T细胞分泌IFNγ增加 (图4D)，而T细胞依赖性PD-L1上调是Gpx4缺陷型肿瘤的进一步特征 (图4E)。CD8⁺ T细胞没有显示CD69、PD-1、TIM3、CTLA-4、Lag3表达有任何显著变化。与HCC相似，Gpx4缺陷型结直肠肿瘤中TAMs没有增加，而DC和M-MDSC浸润增强 (图4F)。

图4. 铁死亡在结直肠癌中的作用

结论及展望

我们的数据突出表明，铁死亡诱导的环境特异性免疫应答可用于治疗原发性肝脏肿瘤和肝转移瘤。

原文链接

https://gut.bmj.com/content/early/2023/01/27/gutjnl-2022-327909

参考文献

1.Conche Claire,Finkelmeier Fabian,Pešić Marina et al. Combining ferroptosis induction with MDSC blockade renders primary tumours and metastases in liver sensitive to immune checkpoint blockade.[J] .Gut, 2023, undefined: undefined.

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L教授，医院病理科主任、博士生导师、病理学科带头人；重庆市中青年骨干教师，霍英东青年教师奖获得者；USCAP会员，国际老年痴呆协会会员，中国神经科学学会会员，多个国内外期刊审稿专家。近五年，主持国家级项目4项（国家自然科学基金面上项目3项、青年基金项目1项），省部级课题3项；发表通讯作者SCI 论文二十余篇；培养博士1人，硕士23人，曾作为访问学者、访问教授分别留学加拿大、美国。

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