《科学》：难怪癌症这么难治！曾启群等发现肿瘤免疫逃逸新机制

▎药明康德内容团队编辑  

在与癌症的对抗中，我们一次次见识到肿瘤细胞的狡猾。它们进化出各种机制，来逃避免疫细胞的识别以及杀伤。而CD8 T细胞耗竭则是免疫系统无法有效清除肿瘤的关键原因。

近年来，以免疫检查点抑制剂（ICB）为代表的肿瘤免疫疗法正在改写癌症治疗的局面。ICB可以激活T细胞，从而逆转CD8 T细胞耗竭、促使免疫细胞发现并杀死肿瘤细胞。不过，ICB的局限性也很明显。ICB仅对少数肿瘤患者有效，并且不少患者无法长期从治疗中受益。因此，科学界亟需找出肿瘤细胞发生免疫逃逸的机制，从而开发新的肿瘤免疫疗法。

本周，瑞士洛桑联邦理工大学（EPFL）Douglas Hanahan教授课题组在《科学》杂志以研究长文的形式发表论文，阐述了一个介导肿瘤免疫逃逸的新组分：脆性 X 染色体智力迟滞蛋白（Fragile X mental retardation protein，FMRP）。

对于这种由FMR1基因编码的蛋白，科学家们并不陌生。基因突变或表观遗传学修饰可以导致FMR1基因出现一系列三核苷酸重复，阻扰FMRP蛋白的合成，进而引发一种遗传性智力障碍疾病：脆性X综合征（Fragile X syndrome，FXS）。

除了导致这种罕见病，作为RNA结合蛋白，FMRP在大脑的神经细胞上高表达，可以结合并调控数百种神经细胞相关的mRNA的翻译以及稳定性。近年来，有些研究还发现了FMRP与癌症的潜在关联：高表达FMRP的肿瘤细胞扩散性、转移性更强，但FMRP在癌症中的具体功能以及机制尚不明朗。

Hanahan教授课题组的前期工作提示，FMRP蛋白参与N-甲基-D-天门冬胺酸受体（NMDAR）信号通路，促进胰腺癌的侵袭性生长。

在最新研究中，作者首先检验了FMRP在不同肿瘤中的表达情况。他们发现，FMRP在人或小鼠的胰腺癌、结肠癌、三阴性乳腺等肿瘤组织异常高表达，而在对应的正常组织不表达或者低表达。这与人类蛋白质图谱（Human Protein Atlas）的独立研究结果一致。进一步的分析表明，FMRP的异常高表达不是由FMR1基因突变或者扩增引起的；而原癌基因Myc的激活是导致FMRP在肿瘤中高表达的原因之一。

FMRP作为维系神经系统正常功能的关键蛋白，却在各种肿瘤组织中异常高表达。它们在肿瘤进展中究竟起到了怎样的作用？

来源：123RF

作者运用CRISPR/Cas9技术敲除了数种小鼠肿瘤细胞中的FMR1基因，构建了FMRP敲除的肿瘤细胞，之后分别将野生型（WT）或FMRP敲除（FMRP-KO）的肿瘤细胞注射至小鼠体内。

他们发现，在免疫正常的小鼠体内，FMRP敲除可以极其显著地抑制原位瘤和肺转移瘤的生长，延长小鼠的总体生存期，而在缺乏T细胞以及B细胞的免疫缺陷鼠中则没有效果。对免疫正常小鼠的进一步分析显示，FMRP敲除肿瘤被大量杀伤性CD8 T细胞浸润，而WT肿瘤基本上没有被CD8 T细胞浸润，因此FMRP的缺失可能诱发了抗肿瘤的适应性免疫。

进一步去除FMRP敲除小鼠的T细胞后，肿瘤生长基本恢复到WT肿瘤水平，这表明T细胞是抑制FMRP敲除肿瘤生长的关键性免疫细胞。

FMRP敲除是如何诱发抗肿瘤免疫的？作者发现，关键在于肿瘤微环境的变化。相比于WT肿瘤，FMRP敲除肿瘤中的淋巴细胞，尤其是杀伤性的效应CD8 T细胞增多，而调节性T细胞大幅减少。

▲杀伤性CD8 T细胞（红色）浸润FMRP缺失的肿瘤细胞（绿色）（图片来源：Jeremy Guillot）

进一步的研究揭示了FMRP敲除阻止肿瘤免疫逃逸的分子机制。总体而言，FMRP敲除的作用可以分为两方面：提升促炎因子的表达，以及降低免疫抑制因子的表达。两者共同诱导促免疫反应的肿瘤微环境。

具体而言，在提升促炎因子方面，FMRP敲除直接促进肿瘤细胞分泌促炎因子CCL7，并且间接促进巨噬细胞表达促炎因子CCL9、CXCL9 和CXCL10，从而招募更多杀伤性CD8 T浸润、杀死肿瘤细胞。

而对于降低免疫抑制因子，作者发现FMRP敲除一方面降低了免疫抑制因子——细胞因子白细胞介素33（IL-33）的表达，从而减少了调节性T细胞浸润肿瘤；另一方面使得蛋白S（Pros1）、外泌体的表达下降，抑制肿瘤内巨噬细胞M1-M2极化反应。这两类变化均能激活淋巴细胞的抗肿瘤活性。

▲FMRP高表达时，CD8 T细胞耗竭、被清除（上图）；FMRP不表达或低表达则会招募、激活CD8 T细胞（下图）（图片来源：参考资料[1]）

相反，对于WT肿瘤，FMRP的异常高表达促进了免疫抑制因子IL33、蛋白S、外泌体的表达，招募大量调节性T细胞以及免疫抑制性的巨噬细胞，使得肿瘤微环境处于免疫抑制状态，导致CD8 T细胞的耗竭和清除。

综上所述，该研究发现FMRP结合各种免疫基因相关mRNA并调控其蛋白表达，是一个全局掌控肿瘤免疫反应的关键蛋白。在进一步的基因signature分析中，作者发现该FMRP signature 在数种人肿瘤数据库中与患者预后，以及CD8 T细胞浸润显著相关，预示着FMRP介导的肿瘤免疫逃逸极具临床意义。

该论文的通讯作者Douglas Hanahan教授曾担任瑞士癌症研究实验中心主任，与Robert Weinberg教授合作或者独自撰写了3篇肿瘤领域奠基巨作, “Hallmarks of cancer” (2000), “Hallmarks of cancer: the next generation” (2011), “Hallmarks of cancer: new dimensions” (2022)。基于本论文的重要发现，Hanahan教授于2020年12月成立生物初创公司Opna Bio SA，致力于寻找靶向FMRP 蛋白的小分子抑制剂，用于肿瘤免疫治疗。该论文的第一作者第一位为中国学者曾启群, 其研究兴趣为神经与肿瘤之间的相互作用；曾发现乳腺癌-大脑转移细胞通过与神经细胞形成类似突触结构，促进脑转移肿瘤生长，于2019年9月18号以封面文章的形式发表在《自然》杂志。（相关阅读：同日三篇《自然》：有内鬼！科学家发现癌细胞竟然会伪装成神经细胞形成突触，促进恶性生长）

参考资料：

[1] Qiqun Zeng et al, Aberrant hyperexpression of the RNA binding protein FMRP in tumors mediates immune evasion, Science (2022). DOI: 10.1126/science.abl7207

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