PNAS | 复旦大学束敏峰团队揭示神经胶质瘤免疫逃逸新机制和免疫治疗新靶点

近日，复旦大学基础医学院药理学系、教育部/卫健委/医科院医学分子病毒学重点实验室、上海市病原微生物与感染前沿科学研究基地束敏峰团队在PNAS（美国科学院院刊）上发表了题为“NSUN5/TET2-directed chromatin-associated RNA modification of 5-methylcytosine to 5-hydroxymethylcytosine governs glioma immune evasion” 的研究论文。该研究发现了NSUN5/TET2/RBFOX2轴调控染色质相关RNA代谢的普适规律，揭示了胶质瘤免疫逃逸的新机制，并提出靶向NSUN5是胶质瘤免疫治疗的潜在策略。在此基础上，进一步筛选到逆转胶质瘤免疫逃逸的小分子药物。

脑肿瘤一直是治疗上的难题。其中恶性胶质瘤（Malignant glioma）是成人中最常见和最恶性的原发性脑肿瘤，占所有原发性脑肿瘤的60%。手术难以完全切除，放疗可能会对患者的神经中枢造成损伤，导致放射性痴呆等后遗症。此外，98%的化疗药物和几乎所有蛋白类药物都未能显示出疗效。该病具有极易复发、极易耐药和预后极差等三大特点，严重威胁着人类的生命健康。

近年来，虽然肿瘤免疫治疗对多种类型的肿瘤显示出了令人期待的治疗效果，但胶质瘤对免疫治疗的应答率较低。其根本原因在于胶质瘤处于复杂的肿瘤免疫抑制微环境，即“冷”肿瘤。胶质瘤免疫微环境（TME）与其他实体瘤不同之处在于，其主要由髓系来源的免疫细胞构成，其中最具代表性的是肿瘤相关中性粒细胞（TANs）和肿瘤相关巨噬细胞（TAMs）。束敏峰团队在前期研究中系统揭示了胶质瘤相关中性粒细胞炎性死亡（NETosis）促进胶质瘤免疫逃逸和导致溶瘤单纯疱疹病毒（oHSV-1）治疗耐药的机制（详见Nature Communications，2024 Jan 2;15(1):131.）。在本项研究中，研究者将目光转向另一种髓系来源的免疫细胞TAMs。TAMs能够调控肿瘤生长、血管生成、免疫调节和化疗的耐药性，在胶质瘤的发生和发展中发挥关键作用。胶质瘤细胞容易发生免疫逃逸，其特征是肿瘤细胞表面高水平表达一种免疫抑制信号分子CD47。CD47与巨噬细胞表面信号调节蛋白α（SIRPα）结合，启动抑制性信号通路，导致胶质瘤细胞逃避巨噬细胞的吞噬作用。因此，针对CD47信号通路的治疗策略可以促进胶质瘤内巨噬细胞对肿瘤细胞的吞噬，从而限制肿瘤生长，为抗肿瘤治疗提供了可行的免疫靶点（Veillette & Chen, 2018）。

异柠檬酸脱氢酶（IDH）基因突变被认为是胶质瘤发病早期发生的重要事件，可用于判断胶质瘤手术切除范围和患者的预后。柠檬酸脱氢酶1（IDH1）突变常见于2级或3级胶质瘤和继发性胶质母细胞瘤中（Sesanto et al., 2021）。大多数IDH突变发生在IDH1精氨酸132（R132）残基或IDH2精氨酸172（R172）残基上。当IDH1和IDH2催化异柠檬酸盐氧化脱羧形成α-酮戊二酸（α-KG）时，IDH1和IDH2突变将α-KG转化为2-羟基戊二酸（2-HG）。肿瘤代谢产物2-HG的积累会引起表观遗传层面上的改变，导致基因组呈现高度甲基化水平，从而抑制α-KG依赖性酶的活性（Rahme et al., 2023）。IDH1突变的神经胶质瘤患者对免疫治疗表现出更高的抵抗力。因此，临床迫切需要一种针对IDH1突变的胶质瘤患者的靶向抑制剂，结合免疫治疗，以更有效地激活胶质瘤的“冷”微环境，从而发挥肿瘤杀伤作用。

在这项研究中，研究人员首先利用单细胞测序数据分析发现，恶性肿瘤细胞中NSUN5的表达水平较低。为了进一步探究NSUN5对胶质瘤细胞生长的影响，研究人员建立了三种过表达NSUN5的胶质瘤细胞系与巨噬细胞的体外共培养模型，并通过体内外实验共同证实了TAMs在NSUN5介导的肿瘤生长调节中的作用（图1）。

图1  NSUN5促进了TAMs的吞噬作用

为了进一步探究NSUN5促进巨噬细胞吞噬的机制，研究人员进行了mRNA测序分析，并将目标基因锚定在Wnt信号通路的关键分子CTNNB1上。通过Aza-IP测序、RIP以及核质分离等一系列实验证明了NSUN5与CTNNB1新生的染色质相关RNA（caRNA）之间的直接相互作用。他们发现了NSUN5除了经典的28SrRNA甲基转移酶功能外的新功能，即在CTNNB1的caRNA上引入m5C修饰。进一步发现，NSUN5诱导TET2在染色质上的募集，将m5C转化为5hmc。综合质谱分析结果显示，RNA结合蛋白RBFOX2是5hmc的识别蛋白，它识别5hmc并介导其降解。作为CTNNB1的经典下游效应分子，CD47也被相应抑制，从而增强TAMs的吞噬作用，抑制胶质瘤的发展（图2）。

图2  m5c的动态修饰

针对IDH1突变胶质瘤治疗的挑战，研究人员采用CD47抑制剂RRx-001与IDH1-R132H靶向抑制剂Ivosidenib联合治疗。通过体外细胞水平和小鼠原位胶质瘤模型验证了其抗肿瘤效果。这两种药物的联合使用显示出协同增效的作用，为临床上治疗胶质瘤提供了新的思路（图3）。

图3  NSUN5在CTNNB1 caRNA降解和TAM介导的神经胶质瘤细胞吞噬作用中的作用模型。

综上，这项研究揭示了RNA中m5c的动态修饰过程，发现了NSUN5蛋白的新功能，即在caRNA上进行m5c修饰，生成的m5c被TET2氧化为5hmc，随后被RBFOX2识别并降解。此外，以CTNNB1作为关键分子，提出通过调控NSUN5，减少CD47诱导的胶质瘤细胞免疫逃逸，促进巨噬细胞吞噬，重塑胶质瘤免疫微环境的新策略。这为克服神经胶质瘤对免疫治疗的耐药性提供了新的方向。

复旦大学基础医学院束敏峰为该论文的通讯作者。复旦大学2018级临床八年制本科生吴瑞昕（现复旦大学附属华山医院神经外科博士生）、2019级临床五年制本科生孙春鸣（现复旦大学附属华山医院神经内科2024级直博生）、基础医学院2022级硕士生陈曦和2019级临床五年制本科生杨闰悦（现复旦大学附属中山医院内分泌科2024级直博生）为本研究的共同第一作者。这项工作在国家自然科学基金、上海市卫健委临床专项基金和上海市教委东方学者特聘教授人才基金等资助下完成。

参考文献：

Veillette, A., & Chen, J. (2018). SIRPα-CD47 Immune Checkpoint Blockade in Anticancer Therapy. Trends in immunology, 39(3), 173–184.

Sesanto, R., Kuehn, J. F., Barber, D. L., & White, K. A. (2021). Low pH Facilitates Heterodimerization of Mutant Isocitrate Dehydrogenase IDH1-R132H and Promotes Production of 2-Hydroxyglutarate. Biochemistry, 60(25), 1983–1994. 

Rahme, G. J., Javed, N. M., Puorro, K. L., Xin, S., Hovestadt, V., Johnstone, S. E., & Bernstein, B. E. (2023). Modeling epigenetic lesions that cause gliomas. Cell, 186(17), 3674–3685.e14.

原文链接：

https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38547058/     

供稿：束敏峰课题组

排版：金嘉怡

复旦大学基础医学院

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