尚永丰/梁静iScience：揭秘PRDM家族成员ZNF408在乳腺癌免疫监视中的特殊作用 | Cell Press论文速递

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2024年6月25日，北京大学医学部尚永丰/梁静团队在Cell Press细胞出版社旗下交叉学科期刊iScience上发表了题为“Loss of ZNF408 Attenuates STING-mediated Immune Surveillance in Breast Carcinogenesis”的新研究。该研究揭示了PRDM家族成员ZNF408在乳腺癌免疫监视中的特殊作用。ZNF408蛋白通过与组蛋白甲基转移酶SETD1A/COMPASS复合体相互作用，促进H3K4me3修饰的累积进而激活STING1的转录，影响STING介导的抗肿瘤免疫反应。这一发现为理解ZNF408的生物学功能提供了全新的分子基础，同时为将ZNF408-STING1轴作为乳腺癌干预治疗药物靶点的研究前景提供了证据支持。本论文由北京大学医学部尚永丰课题组及梁静课题组完成，通讯作者为尚永丰、梁静，程笑、余春雨、张妍为并列第一作者。

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相关背景

癌症免疫逃逸是肿瘤恶性转化的关键标志之一[1]。近年来，关于cGAS-STING通路在肿瘤先天免疫和抗肿瘤免疫激活中的作用越来越受到重视[2]。尽管关于cGAS-STING通路的生物学功能已有较深入的研究，但STING1基因的表达如何被调控仍知之甚少。PRDM蛋白家族成员有特征性的PR结构域，在结构和功能上都与具有组蛋白催化活性的SET结构域相似，因此PRDM家族成员普遍被认为具有潜在的甲基转移酶活性。目前，在人类中共鉴定出了17个家族成员，可直接或间接参与表观遗传调控[3]，影响包括增殖、分化、细胞周期调节及免疫细胞稳态维持等广泛的生物学事件。值得关注的是，大部分PRDM家族成员的基因缺失、突变或异常表达都与多种类型癌症的发生发展相关，然而其具体机制仍未研究透彻[4]。在PRDM蛋白中，关于ZNF408（也被称为PRDM17，PFM14）的研究最少，ZNF408基因变异可能与某些家族性炎症视网膜病变相关，然而其生物学功能及分子作用机制均无报道。在这项研究中，通过一系列生物化学、分子生物学、表观遗传学、高通量测序以及肿瘤生物学实验，研究团队发现ZNF408能在转录水平上调控STING1的表达，并参与抗肿瘤免疫应答。

结果解读

首先研究人员通过蛋白组学实验获得了一个颇为有趣的线索：ZNF408蛋白与SETD1A/COMPASS复合物的主要组分存在相互作用。进一步地，通过体内外的酶活性实验以及双荧光素酶报告基因试验，研究团队发现ZNF408以SETD1A依赖/PR结构域非依赖的方式催化H3K4me3并促进基因转录（图1）。

图1：ZNF408-SETD1A/COMPASS复合物介导H3K4me3标记累积。

接下来研究团队在乳腺癌MCF-7细胞中进行了一系列高通量测序实验来寻找ZNF408具体调控的下游基因（图2）。结果显示HSV-1感染和细胞周期信号通路是ZNF408-SETD1A复合物参与调节的主要信号通路。更多的生化实验结果明确了ZNF408、SETD1A和H3K4me3在STING1等靶基因启动子上的富集及ZNF408在多种乳腺癌细胞系中对STING1表达水平的调控。敲低ZNF408后，STING1的下调导致了肿瘤细胞I型干扰素和细胞因子分泌的减少，削弱了肿瘤细胞对病毒的抵抗能力以及CD8⁺ T细胞对肿瘤的杀伤作用。

图2：本研究采用的高通量测序技术联合分析流程图。

为进一步验证ZNF408-STING1轴在体内的生物学意义，研究团队在裸鼠及免疫能力正常小鼠中分别进行了原位成瘤实验。在裸鼠中，敲低Znf408后肿瘤生长加速，然而Sting1的过表达未能逆转这一现象，表明Znf408对肿瘤生长增殖本身的促进作用并不依赖于Sting1，而是可能由一些细胞周期相关的靶基因所介导。重要的是，在免疫能力正常的小鼠体内，敲低Znf408后肿瘤生长加速，且这一效应能被Sting1的过表达逆转。对肿瘤微环境的分析显示，Znf408的缺失降低了肿瘤组织中Ifnβ的mRNA水平，同时导致浸润的CD8⁺ T细胞、CD4⁺ T细胞、NK细胞和CD8⁺ 杀伤性T细胞的百分比降低。以上研究内容揭示了ZNF408-STING1轴在乳腺癌免疫监视中的特殊作用（图3）。对病人乳腺癌样本的分析结果显示ZNF408在乳腺癌样本中显著下调，其表达水平与STING1呈正相关，而与肿瘤的组织学分级呈负相关，ZNF408低表达与乳腺癌患者更差的预后相关。

图3：ZNF408-STING轴调节肿瘤免疫应答的机制。

综上所述，本研究揭示了在乳腺癌中ZNF408通过与SETD1A复合物互作激活STING1表达，并通过STING信号通路调节肿瘤免疫应答的分子机制。临床治疗过程中可以关注患者的ZNF408表达水平，针对ZNF408低表达患者给予相关干预。此外，本研究发现了组蛋白甲基化在调节STING1表达中的关键作用，对开发新型的肿瘤免疫治疗策略，克服目前STING激动剂应用受限的问题有一定的提示意义。此外，ZNF408对STING的调控作用是否与其在遗传性炎性眼病中的分子机制相关，也值得进一步研究。

参考文献

[1] D. Hanahan, Hallmarks of Cancer: New Dimensions, Cancer Discov 12(1) (2022) 31-46.

[2] L. Cheradame, et al. STING protects breast cancer cells from intrinsic and genotoxic-induced DNA instability via a non-canonical, cell-autonomous pathway, Oncogene 40(49) (2021) 6627-6640.

[3] B. Zhou, J. et al. PRDM16 Suppresses MLL1r Leukemia via Intrinsic Histone Methyltransferase Activity, Mol Cell 62(2) (2016) 222-236.

[4] E. Di Zazzo, et al. PRDM Proteins: Molecular Mechanisms in Signal Transduction and Transcriptional Regulation, Biology (Basel) 2(1) (2013) 107-41

相关论文信息

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▌论文标题：

Loss of ZNF408 Attenuates STING-mediated Immune Surveillance in Breast Carcinogenesis

▌论文网址：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2589004224015013

▌DOI：

https://doi.org/10.1016/j.isci.2024.110276

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