Science | 曾启群等发现RNA结合蛋白FMRP促进肿瘤免疫逃逸

2022-11-19 16:48:24

肿瘤细胞进化出各种机制，来逃避免疫细胞的识别以及杀伤。免疫检查点抑制剂为代表的肿瘤免疫疗法激活了肿瘤患者的免疫系统，促使其发现并杀死肿瘤细胞，可治愈某些类型的肿瘤。然而，大多数肿瘤患者对免疫检查点抑制剂不敏感，或者该疗法只是对他们暂时有效。因此，亟需进一步鉴定导致肿瘤发生免疫逃逸的细胞以及分子机制，并开发新的肿瘤免疫疗法。

2022年11月18号，瑞士洛桑联邦理工大学（École Polytechnique Fédérale de Lausanne, EPFL）Douglas Hanahan教授课题组在Science以研究长文的形式，在线发表了题为 Aberrant hyperexpression of the RNA binding protein FMRP in tumors mediates immune evasion 的研究论文。该论文阐述了一个全新的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）。

FMRP是神经生物学里的明星蛋白, 由FMR1基因编码。由于基因突变或者表观遗传学修饰，FMRP1基因被失活，造成FMRP蛋白表达缺失，可导致一种遗传性智力障碍疾病：X染色体易裂症（Fragile X syndrome，FXS）。作为一个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，有些研究表明FMRP可能也促进肿瘤进展，但是其中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（N-methyl-D-aspartate receptor，NMDAR) 信号通路，促进胰腺癌的侵袭性生长。为了进一步分析FMRP在肿瘤中的表达情况，作者首先对数种人或者小鼠的肿瘤组织进行免疫组化分析，发现FMRP蛋白在胰腺癌，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。人类蛋白质图谱 (Human Protein Atlas) 的一项独立研究也显示FMRP 蛋白在绝多数实体瘤中均有不同程度高表达。进一步的TCGA数据库等分析表明FMRP蛋白的异常高表达不是由于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蛋白在肿瘤高表达的原因之一。

FMRP作为维系神经系统正常功能的关键蛋白，却在各种肿瘤组织如此异常高表达，这引起了作者的极大兴趣去继续发掘其促进肿瘤进展的潜在功能及机制。于是，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，之后将野生型（wild type，WT）以及FMRP敲除（FMRP-KO）的肿瘤细胞注射到小鼠体内。他们发现，FMRP敲除可以在免疫正常的同源小鼠体内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。作者进一步对免疫正常的同源小鼠的WT和FMRP KO肿瘤进行免疫组化以及流式分析，发现FMRP-KO 肿瘤被大量杀伤性CD8 T细胞浸润，而WT肿瘤基本上没有CD8 T细胞浸润，预示着FMRP蛋白参与了抗肿瘤的适应性免疫。作者进一步对FMRP-KO肿瘤进行了抗CD8/CD4抗体治疗去除T细胞，发现肿瘤生长基本恢复到WT肿瘤水平，标明T细胞是抑制FMRP-KO肿瘤生长的关键性免疫细胞。

为了探索FMRP KO诱发抗肿瘤免疫的细胞以及分子机制，作者对WT和FMRP-KO肿瘤进行了单细胞测序，进一步验证了FMRP-KO肿瘤的肿瘤微环境完全不同于WT肿瘤。总体来说，相比于WT肿瘤，FMRP-KO肿瘤中的淋巴细胞，尤其是效应CD8 T（CD8 effector）细胞，而调节性T（Treg）细胞大幅度减少。此外，尽管FMRP-KO肿瘤中肿瘤细胞数目减少，但是肿瘤细胞与淋巴细胞之间的交流增多，且主要通过CCL配体以及CXCL受体信号通路。进一步机制研究表明，FMRP-KO促使肿瘤细胞高表达单核细胞趋化因子3（MCP3, CCL7），进而促进更多CD8 T浸润肿瘤并促进其增殖。同时，FMRP-KO肿瘤降低表达细胞因子白细胞介素33（Interleukin 33，IL-33），从而减少ST2受体阳性的调节性T（Treg）细胞浸润肿瘤而抑制淋巴细胞活性。除了直接影响淋巴细胞活性外， FMRP-KO也促使肿瘤细胞降低蛋白S（protein s，Pros1），以及外泌体（exosome）的表达，抑制肿瘤内巨噬细胞M1-M2极化反应，从而激活淋巴细胞抗肿瘤活性。此外，FMRP-KO也被发现间接促使M1巨噬细胞表达促炎症分子CCL9, CXCL9 和CXCL10, 从而招募更多CCR5和CXCR3受体阳性的CD8 T浸润并杀死肿瘤细胞。

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WT肿瘤中，FMRP异常高表达，促进了IL33蛋白，Pros1蛋白，以及促巨噬细胞M1-M2极化反应的外泌体的表达，招募大量Treg细胞以及免疫抑制性的巨噬细胞，维系免疫抑制性微环境，从而导致了CD8 T细胞的耗竭和清除。而在FMKP-KO肿瘤中，FMRP的缺失导致上述免疫抑制因子表达降低，同时直接促进肿瘤细胞分泌促炎因子CCL7，和间接促进巨噬细胞表达促炎因子CCL9, CXCL9 和CXCL10，诱导促免疫反应微环境，从而导致了CD8 T细胞大量浸润并杀死肿瘤细胞。更重要的是，作着进一步进行了生物信息学分析，建立基因signature用于表征FMRP在肿瘤里调控各种下游标靶蛋白的活性。他们发现该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 “The Hallmarks of Cancer”。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Nature 杂志（Bioart链接：Nature 突破| 三篇Nature长文揭示脑瘤-神经元间形成突触结构以促进肿瘤生长）。

原文链接：

http://doi.org/10.1126/science.abl7207

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