免疫逃逸!肿瘤干细胞的表观重编程!

学术   2024-09-26 00:07   上海  
我们反复强调说,在进行生信分析或基础研究中,务必从表型的角度来定义肿瘤或表型。肿瘤细胞被定义为一群起源于自身正常组织、疯长、不死、不衰老的细胞。在实操教程中,借助肿瘤标志物综述和CancerSEA数据库,我们对肿瘤表型做了进一步归纳。但是,随着研究的不断深入,越来越多的表型被引入肿瘤研究领域。
肿瘤干细胞 (Cancer stem cell, CSC) 是肿瘤的亚群,对常规疗法具有抗性,被认为是原发性肿瘤的起始细胞。肿瘤异质性起源于CSCs,其祖细胞被认为是肿瘤治疗中无法克服的缺点。从CSC的角度重新定义肿瘤异质性和肿瘤微环境对于加强肿瘤研究将非常重要。

Cancer stem cells(Nature评述

Cancer stem cells are rare immortal cells within a tumour that can both self-renew by dividing and give rise to many cell types that constitute the tumour, and can therefore form tumours. Such cells have been found in various types of human tumours and might be attractive targets for cancer treatment.   

2024年9月,Trends Cancer杂志发表题为Epigenetic  control of immunoevasion in  cancer stem  cells的综述,总结了 CSCs 逃避免疫识别或消除 DNA 和组蛋白的表观遗传修饰,并提出此类改变是有前途的治疗靶点,可提高某些恶性肿瘤对免疫治疗的敏感性。
CSC 称为肿瘤起始细胞 (TIC) 或肿瘤增殖细胞 (TPC),其特性通常归因于独特的分子特征,包括多能性转录因子表达的表观遗传上调。此外,CSCs 表现出促进治疗耐药性的多种酶水平升高,例如 ABC 转运蛋白家族成员和解毒酶,如醛脱氢酶 1 家族成员 A1(ALDH1A1),以及参与细胞增殖、干性和分化的多种发育途径的缺陷,包括 WNT/β-catenin、NOTCH、Hedgehog、TGFNB1/SMAD 和 JAK-STAT 信号传导(图 1)。

图 1 癌症干细胞 (CSCs) 的主要特点
完整肿瘤的细胞谱系追踪、细胞消融和单细胞测序研究表明,CSCs 表现出显著的可塑性和异质性。CSC 现在不再被视为刚性肿瘤层次结构中的固定癌细胞类型,而是驱动肿瘤适应性的动态状态。根据这一新观点,可塑性现在被认为是癌症干性的标志,与致瘤性、自我更新和多能性并列(图 1)。
CSCs在治疗后驱动疾病进展和复发,不仅是因为它具有优越的适应压力的能力,而且还因为它具有避免被免疫效应细胞识别和/或消除的高超能力。发展中的肿瘤确实必须逃避免疫监视才能被检测到并在临床上表现出来CSC可以避免肿瘤靶向免疫,因为DNA和组蛋白的表观遗传改变在自然或治疗驱动的癌症-宿主共同进化的背景下被积极选择,涉及预先存在的或新出现的CSC群体,最终使免疫逃逸。
下文将讨论DNA和组蛋白的表观遗传改变,通过这些改变,CSCs获得躲避宿主免疫细胞识别或消除的能力。
抗原加工和呈递缺陷
黑色素瘤、胶质母细胞瘤、乳腺癌和肺 CSC在抗原加工和呈递方面表现出多种缺陷,这些缺陷使 CSC 对适应性免疫效应器(如 CD8 细胞毒性 T 淋巴细胞(CTL))不可见。抗原呈递机制(APM)成分的下调促进了肺CSC从CD8+ 淋巴细胞中逃逸,包括组织驻留记忆T细胞,并使CSC对免疫治疗产生抗性。
DNA 甲基化和组蛋白修饰(特别是 EZH2 的甲基化)在通过抑制 APM 编码基因使 CSCs 具有免疫逃避表型方面的主要作用(图 2)。

图 2 癌症干细胞 (CSC) 免疫逃避的表观遗传机制
失调的 I 型干扰素信号转导
CSCs通过影响DNA和组蛋白的多种表观遗传机制抑制潜在抗原和干扰原内源性逆转录病毒和其他转座因子的表达,各种 DNA 去甲基化试剂已被证明可以通过在 ERV 转录激活下游引发病毒模拟和 I 型 IFN 信号来触发针对结直肠癌和卵巢癌起始细胞的免疫反应。
I型IFN反应在CSCs中具有双重作用,SETDB1和KDM1A等表观遗传调节因子可能作为恢复免疫监视的靶点,但它们的次优抑制可能反而会促进干细胞的干性和疾病进展 (图2)。
免疫调节因子分泌改变
促炎细胞因子分泌受限
CSC免疫逃逸的一个主要机制是抑制T1型趋化因子,这种趋化因子通常会促进树突状细胞(DC)、CD8CTL和NK细胞等抗癌免疫效应物的募集和激活。胶质母细胞瘤 SCs 中 C-X-C 基序趋化因子配体 9 (CXCL9) 和 CXCL10 的下调很好地说明了这一点,但在 SC 相关转录因子 SOX2 和 OCT4 的分化对应物中下调则较少。组蛋白甲基化酶(特别是 EZH2)、去甲基化酶 (KDM1) 和 HDAC 共同限制CSCs 分泌蛋白组的免疫刺激潜力,以支持免疫逃避(图 2)。
促炎细胞因子分泌有限
CSC 的免疫特性还源于它们分泌各种细胞因子的能力,如 IL6 和转化生长因子 β1(TGFB1,最广为人知的是 TGF-β1)和代谢物,如前列腺素 E (PGE),它们促进富含免疫抑制性“M2 样”肿瘤相关巨噬细胞 (TAM)、髓源性抑制细胞(MDSC)的 TME 的建立, 和调节性T(T)细胞。CSCs 免疫逃避潜力的升高涉及由 KDM6A 和 PRCs 编排的多种免疫抑制因子的表观遗传上调(图 2)。
免疫调节配体的表达改变
CSC免疫逃避的常见机制涉及调节免疫效应细胞活性的表面分子表达的变化,特别是CD274(最广为人知的是PD-L1),它是CTL和NK细胞抗癌免疫反应的关键抑制剂。CSCs可以通过在其表面表达PD-L1和LGALS9以外的免疫调节配体来逃避免疫监视。
许多表观遗传调节因子似乎以高度依赖于环境的方式调节 CSCs 对免疫调节配体的表达。需要进一步了解这些明显差异的结果是否反映了实验干预对 CSCs 的直接影响,还是间接调节恢复的抗癌免疫监视下游的 PD-L1 表达(图 2)。
免疫调节因子对 CSC 的调节
TME 产生的几个因素建立了促进癌症干性和免疫抑制的旁分泌反馈回路。例如,TAM 分泌的 PGE 通过 WNT/β-catenin 信号转导维持结直肠 CSC 增殖,而 MDSC 释放的 PGE 已被证明可以增强卵巢癌的干性和 PD-L1 表达。同样,TAMs 过表达 DNA 结合抑制剂 1 (ID1) 有利于癌症干性,并通过抑制丝氨酸蛋白酶抑制剂家族 B 成员 2 (SERPINB2) 和 CCL4 减少 CD8 T 细胞向 CRC TME 的募集。
肿瘤浸润免疫细胞产生的几个因子参与复杂的反馈回路,这些反馈回路通过表观遗传机制增强癌症干性和免疫抑制(图 3)。
图 3 癌症干性的免疫控制

治疗前景和结论

DNA 和组蛋白修饰剂通过擦除和写入 DNA 和组蛋白改变来主动沉默或去抑制多能性和自我更新相关基因,从而对癌细胞干性产生主要控制。CSCs类似于稳态条件下正常的静止SCs,它利用遗传和表观遗传机制主动逃避免疫识别和杀伤。因此,临床可用的表观遗传修饰剂包括地西他宾和阿扎胞苷(目前用于MDS和AML患者),他泽美他汀(用于上皮样肉瘤或滤泡性淋巴瘤患者的EZH2抑制剂),以及各种HDAC抑制剂(用于治疗各种血液系统恶性肿瘤),作为将“冷”肿瘤(表现出缺乏免疫浸润,因此对ICIs免疫治疗反应较差)转化为高度浸润、“热”和ici敏感病变的潜在策略而脱颖而出。
目前仍有几个问题有待解决: 尽管积累的临床前数据表明,在免疫功能正常的癌症模型中,表观遗传修饰剂和免疫疗法之间存在积极的治疗相互作用,但这种影响是否真的涉及 CSC 隔室的变化通常被忽视;② CSCs利用的几种表观遗传修饰来逃避免疫监视,至少在一些正常的SCs中可能起到相同的作用; CSC 库在多种肿瘤类型中表现出较高的异质性和可塑性,这也影响了其免疫原性潜力。 预计非靶向表观遗传修饰因子会影响多个免疫细胞的活性,特别是 CD8CTLs,它们利用表观遗传改变来控制分化和效应器功能。 CSCs积极重塑其微环境,并与免疫细胞、CAFs和血管建立相互相互作用,这通常促进癌症干性和疾病进展。
在假设上,人类 CSCs 可能利用不同的表观遗传机制来逃避免疫监视。尽管受到一些限制的影响,但使以患者来源的 CD34 细胞人源化的免疫缺陷小鼠作为匹配肿瘤材料(例如,患者来源的肿瘤类器官,PDTO)的宿主可能有助于至少对人和小鼠 CSC 采用的免疫逃避表观遗传机制之间的相似性有所了解。尽管存在这些和其他未知因素,但表观遗传修饰因子是恢复 CSCs 免疫监视的有前途的工具。然而,这种方法是否对癌症患者有任何直接的临床转化仍有待阐明。

芒果师兄聊生信
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