眾所周知,各種經(jīng)典的化學(xué)治療藥物除了對癌細(xì)胞的直接細(xì)胞毒性作用外,還可以通過改變腫瘤的微環(huán)境來激活免疫反應(yīng)。據(jù)報道,環(huán)磷酰胺可以減少疫苗模型以及臨床前過繼性T細(xì)胞中的調(diào)節(jié)性T細(xì)胞(TReg),這可能會加強患者的免疫治療。其他一些可以減少髓源性抑制細(xì)胞(MDSCs)的細(xì)胞毒性化學(xué)治療藥物,例如5-氟尿嘧啶、吉西他濱和紫杉烷類也已被報道。另外,在報道中一些化療方案可以通過改變免疫系統(tǒng)來增強免疫檢查點阻斷劑的抗癌反應(yīng)。組蛋白去乙酰化酶抑制劑與CTLA-4或PD-1阻滯劑協(xié)同作用,可以根除小鼠模型中的原發(fā)腫瘤和其轉(zhuǎn)移。此外,新輔助化療能刺激腫瘤浸潤淋巴細(xì)胞(TILs),并上調(diào)腫瘤患者腫瘤細(xì)胞PD-L1的表達(dá)也已得到證明。因此,以這些具有免疫刺激特性的化療藥物作為候選藥物,增加癌細(xì)胞的免疫原性,并隨后擴(kuò)大抗PD-L1治療的好處是十分可取的。
在本研究中,符立梧教授課題組評估了幾種常規(guī)化療藥物對非小細(xì)胞肺癌細(xì)胞PD-L1表達(dá)的影響。絲裂霉素(MMC)與PD-L1抗體在體內(nèi)外均具有協(xié)同作用。與單藥治療相比,MMC+PD-L1抗體聯(lián)合治療能有效增加腫瘤浸潤淋巴細(xì)胞(Til)數(shù)量,促進(jìn)T細(xì)胞分泌細(xì)胞毒血清蛋白酶誘導(dǎo)靶細(xì)胞凋亡。此外,聯(lián)合治療也能提高NSCLC細(xì)胞中MHC-I的表達(dá)。通過MMC處理后的腫瘤組織中Til顯著增加,PD-L1和MHC-I水平升高,也證實了體外研究結(jié)果。從機(jī)理上來講,MMC能夠激活ERK通路,隨后促進(jìn)c-JUN與PD-L1啟動子的結(jié)合,并募集其輔助因子STAT3加強PD-L1的表達(dá)。此外,ERK通路的上調(diào)也可以通過激活p65來增加MHC-I的表達(dá)。綜上所述,這是首次對經(jīng)典化療藥物MMC針對PD-L1檢查點抑制劑在NSCLC中抗腫瘤作用的影響進(jìn)行系統(tǒng)探究。該研究成果已發(fā)表在Signal Transduction and Targeted Therapy期刊上,IF=13.493。博士后羅敏為第一作者,符立梧教授為該文章的通訊作者。
基本信息
題目:
Mitomycin C enhanced the efficacy of PD-L1 blockade in non-small cell lung cance
期刊:Signal Transduction and Targeted Therapy
影響因子:13.493
PMID:32855386
通訊作者:符立梧
作者單位:中山大學(xué)腫瘤防治中心等
索萊寶合作產(chǎn)品:
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Lactate Dehydrogenase (LDH) Assay Kit |
BC0685 |
研究背景及摘要
程序性死亡配體1(PD-L1)免疫檢查點抑制劑對于腫瘤治療具有廣泛的應(yīng)用前景,但其有效率<20%。而一些化療藥物可以激活抗癌免疫反應(yīng)來殺死癌細(xì)胞同時還具有直接的細(xì)胞毒性。作者這項研究旨在于探討將化療藥物與PD-L1抗體聯(lián)合應(yīng)用以達(dá)到提高PD-L1阻斷劑靈敏度的效果。作者將采用絲裂霉素C(MMC)預(yù)處理的非小細(xì)胞肺癌(NSCLC)細(xì)胞與外周血單個核細(xì)胞(PBMCs)共同培養(yǎng),用于探究MMC與PD-L1抗體聯(lián)合作用的效果。這組聯(lián)合藥物的療效也在C57BL/6小鼠體內(nèi)的Lewis肺癌(LLC)細(xì)胞中進(jìn)行了研究。結(jié)果表明MMC可增強體內(nèi)外NSCLC細(xì)胞中PD-L1和MHC-I的表達(dá),增強淋巴細(xì)胞對NSCLC的細(xì)胞毒作用。在載有LLC的小鼠模型中,MMC和PD-L1抗體聯(lián)合應(yīng)用比單獨應(yīng)用時更能有效地抑制腫瘤生長以及延長總生存率,這一現(xiàn)象與淋巴細(xì)胞浸潤和顆粒酶B釋放的增加有關(guān)。從機(jī)制上來講,MMC激活ERK通路,隨后增強c-JUN與PD-L1啟動子的結(jié)合,并通過募集其輔因子STAT3以增加PD-L1的表達(dá)。上調(diào)的ERK通路也通過激活的p65強化了MHC-I的表達(dá)。MMC可以增強PD-L1阻斷劑對NSCLC細(xì)胞的作用。進(jìn)一步將研究結(jié)果轉(zhuǎn)化為臨床應(yīng)用的研究也是十分必要的。
研究內(nèi)容及結(jié)果
1. MMC處理后腫瘤細(xì)胞PD-L1表達(dá)上調(diào)
在非細(xì)胞毒性濃度下使用幾種常規(guī)化療藥物將三種NSCLC細(xì)胞(A549、H1299和H460)處理48h后,對細(xì)胞中PD-L1的表達(dá)結(jié)果進(jìn)行評估。結(jié)果發(fā)現(xiàn)MMC在三種NSCLC細(xì)胞中均能夠使PD-L1的表達(dá)持續(xù)增加。為了驗證MMC對PD-L1的上調(diào)是否是一種普遍現(xiàn)象,在不同癌癥類型的更多癌細(xì)胞中,對不同濃度和時間的MMC處理進(jìn)行了探究。在NSCLC和所有測試的癌細(xì)胞中,MMC對PD-L1表達(dá)的顯著上調(diào)呈現(xiàn)出了對MMC處理濃度和時間的相關(guān)性。
2. PD-L1阻斷劑和MMC的結(jié)合產(chǎn)生協(xié)同抗腫瘤作用
為了確定MMC上調(diào)PD-L1表達(dá)是否會影響抗腫瘤免疫活性,用MMC預(yù)處理H460細(xì)胞24h,然后與PBMC共培養(yǎng)24h。結(jié)果表明與未用MMC預(yù)處理的細(xì)胞相比,用MMC預(yù)處理的H460細(xì)胞細(xì)胞裂解數(shù)量更多。此外,MMC預(yù)處理且PBMCs孵育后的H460細(xì)胞CD3+T細(xì)胞群體中TNF-α水平明顯升高。這些結(jié)果表明,MMC增強了T細(xì)胞的活化。為了驗證PD-L1參與MMC和PD-L1聯(lián)合阻斷的增強抗癌作用,作者建立了穩(wěn)定的PD-L1敲除的PD-L1/KO-H460細(xì)胞。通過對PD-L1抗體處理后的Giemsa染色,將進(jìn)行或未進(jìn)行MMC預(yù)處理過的PD-L1/KOH460細(xì)胞和野生型對照H460細(xì)胞中T細(xì)胞介導(dǎo)的腫瘤細(xì)胞殺傷力進(jìn)行了探究。在野生型H460和PD-L1/KO H460細(xì)胞中,MMC和PD-L1抗體的聯(lián)合作用均明顯高于MMC或PD-L1抗體,而在PD-L1/KO H460細(xì)胞中觀察到了更明顯的效果。顆粒酶B是一種絲氨酸蛋白酶,可介導(dǎo)細(xì)胞毒性T淋巴細(xì)胞的凋亡作用。重要的是,與未預(yù)處理的H460細(xì)胞相比,MMC預(yù)處理且PBMC孵育后H460細(xì)胞的CD8+釋放出更多的顆粒酶B。為了探究MMC和PD-L1抗體在體內(nèi)的聯(lián)合抗癌作用,在C57BL/6小鼠側(cè)翼建立Lewis肺癌模型。當(dāng)腫瘤體積達(dá)到100mm3時,隨機(jī)的將小鼠進(jìn)行MMC單獨處理,PD-L1抗體單獨處理,MMC與PD-L1聯(lián)合抗體、生理鹽水+同型對照IgG腹腔注射處理。與IgG治療的對照組和其他單藥組相比,MMC和PD-L1聯(lián)合抗體可使得腫瘤生長更加延緩。MMC和PD-L1聯(lián)合抗體也是四個處理組中存活率最佳的。
3. MMC增加了MHC-I在腫瘤組織中的表達(dá)
為了探討經(jīng)PD-L1抗體處理后MMC對T細(xì)胞反應(yīng)的增強作用,測定了C57BL/6腫瘤組織中腫瘤浸潤T細(xì)胞的數(shù)量及其活性。免疫組化染色顯示,MMC和PD-L1抗體聯(lián)合處理后CD3+和CD8+T細(xì)胞浸潤腫瘤的數(shù)目明顯高于兩個單一處理。另外,在聯(lián)合抗體處理組中T細(xì)胞活化標(biāo)記顆粒酶B也明顯增加。為了探討TILs增加的機(jī)理,作者檢測了幾種參與T細(xì)胞活化的共刺激或共抑制分子。腫瘤細(xì)胞能夠通過下調(diào)I類主要組織相容性復(fù)合物(MHC-I)的表達(dá)來逃避細(xì)胞毒性T細(xì)胞介導(dǎo)的特異性免疫反應(yīng),這對于識別和隨后的殺傷效果是必需的。為此,MMC處理48h后,NSCLC細(xì)胞中PD-L1的上調(diào)伴隨著MHC-I的表達(dá)增加。事實上,MMC也被發(fā)現(xiàn)NSCLC細(xì)胞中MHC-I的表達(dá)與MMC處理濃度和時間的增加具有相關(guān)性。然而,作者檢測了MMC處理后PD-L1和MHC-I在兩個正常細(xì)胞(HUVEC(人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞)和NCM460(正常來源的結(jié)腸粘膜細(xì)胞))中的表達(dá)。結(jié)果表明PD-L1和MHC-I的表達(dá)都沒有受到MMC的影響。MHC-I在H1299和H460細(xì)胞表面的表達(dá)被MMC提高。為了進(jìn)一步證實這一結(jié)果,作者對MMC處理前后患者腫瘤標(biāo)本中TILs的改變進(jìn)行了研究。結(jié)果表明MMC處理后腫瘤組織PD-L1和MHC-I的表達(dá)升高。而在MMC處理后,腫瘤組織中CD3+和CD8+浸潤淋巴細(xì)胞的數(shù)量也明顯增加。
4. MMC通過激活p65增加MHC-I的表達(dá)
用MMC(0.4μM)處理48h的NSCLC細(xì)胞(H1299和H460)中MHC-I mRNA水平顯著升高。轉(zhuǎn)錄因子NF-κB是細(xì)胞對炎癥刺激反應(yīng)的的重要介質(zhì)。為此,NF-κB p65能夠?qū)HC-I和PD-L1的表達(dá)進(jìn)行調(diào)控已被報道。作者探究了MMC處理48h后NSCLC細(xì)胞NF-κB p65亞單位表達(dá)的影響。結(jié)果表明MMC處理后,p65及其磷酸化形式p-p65均增加。熒光素酶報告試驗數(shù)據(jù)表明,p65顯著上調(diào)了MHC-I和PD-L1啟動子驅(qū)動的熒光素酶活性。此外,p65的過表達(dá)可提高NSCLC細(xì)胞中MHC-I和PD-L1的mRNA和蛋白水平。另一方面,p65壓制也降低了MHC-I和PD-L1的蛋白表達(dá)。為了研究p65對于MMC誘導(dǎo)的MHC-I和PD-L1上調(diào)來講是否是必需的,對p65敲除后的H1299或H460細(xì)胞采取MMC處理,然后觀察MHC-I和PD-L1的蛋白表達(dá)。結(jié)果表明雖然在對照細(xì)胞中MMC能夠誘導(dǎo)p65、MHC-I和PD-L1的表達(dá),但p65的敲除可以減弱MMC對MHC-I和PD-L1的上調(diào)的誘導(dǎo)。NF-kB/p65轉(zhuǎn)錄的激活需要TNF-α。為了驗證MMC誘導(dǎo)的MHC-I和PD-L1上調(diào)與p65是否激活的關(guān)系,采用MMC或TNF-α處理H460/H1299細(xì)胞,檢測處理后細(xì)胞中MHC-I和PD-L1的p65磷酸化和表達(dá)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)SC-75741(一種阻止p65轉(zhuǎn)錄活性的抑制劑)能夠抑制MMC對H1299和H460中MHC-I表達(dá)。相反,在SC-75741存在下,MMC對PD-L1表達(dá)的上調(diào)沒有影響,表明MMC誘導(dǎo)PD-L1表達(dá)的上調(diào)與p65的轉(zhuǎn)錄活性無關(guān)。
5. c-JUN的激活使得MMC增加PD-L1的表達(dá)
經(jīng)過MMC處理48h后,NSCLC細(xì)胞(A549、H1299和H460)中PD-L1 mRNA水平顯著升高。在H1299細(xì)胞中PD-L1蛋白穩(wěn)定性且不受MMC處理的影響。為了研究MMC對PD-L1的轉(zhuǎn)錄調(diào)控,對具有pGL3-堿性熒光素酶結(jié)構(gòu)的293T細(xì)胞進(jìn)行了熒光素酶報告基因檢測,該結(jié)構(gòu)含有4個不同的進(jìn)行性5’缺失的PD-L1啟動子區(qū)域。最長的PD-L1啟動子序列(p868)在四個啟動子區(qū)中表現(xiàn)出最高的熒光素酶活性。這一發(fā)現(xiàn)表明,PD-L1啟動子區(qū)域內(nèi)的核心元素(?762至?587bp)是驅(qū)動轉(zhuǎn)錄和觀察熒光素酶活性的關(guān)鍵。根據(jù)PROMO和JASPAR數(shù)據(jù)庫預(yù)測少數(shù)候選轉(zhuǎn)錄因子(包括c-JUN、STAT4和FOXP3)與核心PD-L1啟動子元件結(jié)合,驅(qū)動基因轉(zhuǎn)錄。為了進(jìn)一步證實與PD-L1核心啟動子結(jié)合并驅(qū)動其轉(zhuǎn)錄的轉(zhuǎn)錄因子(S)的同一性,將表達(dá)載體(pCDNA3.1/c-JUN、STAT4或FOXP3)轉(zhuǎn)染293T細(xì)胞,用含有核心PD-L1啟動子區(qū)的熒光素酶構(gòu)建物(?762至?587bp)重復(fù)熒光素酶報告基因檢測。結(jié)果發(fā)現(xiàn)只有pCDNA3.1/c-JUN具有激活PD-L1啟動子驅(qū)動的熒光素酶活性。此外,當(dāng)從PD-L1啟動子核心啟動子區(qū)(DeltA)中刪除c-JUN結(jié)合位點時,PD-L1啟動子驅(qū)動的熒光素酶活性下降到基線水平。在H460細(xì)胞中進(jìn)行CHIP檢測,使用抗c-JUN抗體對PD-L1染色質(zhì)進(jìn)行免疫沉淀,發(fā)現(xiàn)MMC處理后c-JUN與核心PD-L1啟動子區(qū)域的關(guān)聯(lián)顯著增加。采用同型對照兔IgG作為陰性對照進(jìn)行免疫沉淀。為了證明CHIP檢測的特異性,對c-JUN和RNA聚合酶II與組成型GAPDH啟動子的結(jié)合與核心PD-L1啟動子進(jìn)行分析。使用正常IgG時,未從免疫沉淀樣品中獲得PCR信號。用RNA聚合酶II插入染色質(zhì)檢測RNA聚合酶II與GAPDH和PD-L1啟動子的結(jié)合時,發(fā)現(xiàn)c-JUN是與免疫沉淀染色質(zhì)中的核心PD-L1啟動子特異性結(jié)合的。研究表明轉(zhuǎn)錄抑制劑放線菌素D能夠抑制MMC對PD-L1上調(diào)的誘導(dǎo)。因此,c-JUN與PD-L1基因啟動子結(jié)合很可能使得PD-L1表達(dá)的轉(zhuǎn)錄性上調(diào)。為了證實c-JUN作為轉(zhuǎn)錄因子起到調(diào)節(jié)NSCLC細(xì)胞中PD-L1基礎(chǔ)表達(dá)的作用,作者將shRNAs敲除c-JUN。在c-JUN基因敲除的腫瘤細(xì)胞中,mRNA和PD-L1蛋白水平均顯著降低。作者通過檢測處理48h后的A549和H460細(xì)胞中c-JUN的表達(dá),進(jìn)一步探討了c-JUN在MMC介導(dǎo)的PD-L1表達(dá)上調(diào)中的作用機(jī)理。發(fā)現(xiàn)通過MMC處理,mRNA和c-JUN蛋白水平均顯著升高。在MMC處理后,激活形式的磷酸鹽也顯著增加。在c-JUN-敲除的NSCLC細(xì)胞(A549和H460)中,MMC對PD-L1上調(diào)的誘導(dǎo)消失。
6. C-JUN與它的輔助因子STAT3協(xié)調(diào)作用使得PD-L1上調(diào)
在之前的研究報道中,c-JUN與STAT3相互作用形成一個復(fù)合物來調(diào)節(jié)其靶基因的表達(dá)。為了研究STAT3是否參與了MMC誘導(dǎo)的PD-L1上調(diào),檢測在MMC處理后的H1299和H460細(xì)胞中STAT3的表達(dá)。MMC可提高NSCLC細(xì)胞中的mRNA和STAT3蛋白水平。在STAT3敲除的細(xì)胞中MMC對PD-L1表達(dá)的誘導(dǎo)消失。與這個發(fā)現(xiàn)一致的是,在硝呋酚酰肼(一種阻止STAT3激活的抑制劑)的存在下,MMC未能上調(diào)NSCLC細(xì)胞中PD-L1的表達(dá)。當(dāng)p-c-JUN和p-STAT3被轉(zhuǎn)運到細(xì)胞核以發(fā)揮其轉(zhuǎn)錄活性時,來自MMC處理或未處理的H460細(xì)胞中的細(xì)胞核和細(xì)胞質(zhì)組分被分離和檢測。MMC處理后PD-L1細(xì)胞質(zhì)表達(dá)升高的同時,細(xì)胞質(zhì)和核中c-JUN和p-c-JUN表達(dá)升高。另一方面,在細(xì)胞核中STAT3(p-STAT3)的轉(zhuǎn)錄活性也上調(diào)。另外,MMC處理后H460細(xì)胞中c-JUN與STAT3的相互作用增強。表明MMC能調(diào)節(jié)c-JUN和STAT3的表達(dá)和相互作用,從而上調(diào)PD-L1在體外的表達(dá)。
7. MMC通過ERK信號誘導(dǎo)MHC-I和PD-L1表達(dá)
MMC通過激活ERK PD-L1和MMC刺激MHC-I和PD-L1的表達(dá)主要通過兩個主要機(jī)制控制,即IFN-γ依賴和獨立的方式。為了驗證IFN-γ信號是否參與了MMC對PD-L1表達(dá)的上調(diào),對轉(zhuǎn)染對照shRNA或IFNGR1 shRNA的A549和H460細(xì)胞進(jìn)行或不進(jìn)行MMC處理。在MMC處理后的對照和IFNGR1基因敲除的細(xì)胞(A549和H460)中PD-L1、c-JUN、STAT3的表達(dá)及其膦酸鹽形式均增加。另一方面,雖然IFN-γ能夠顯著增加PD-L1的表達(dá),但這種作用在IFNGR1基因敲除細(xì)胞中消失。因此,MMC處理后PD-L1的增加是由c-JUN/STAT3信號通路介導(dǎo)的,而不是通過IFN-γ依賴性的方式介導(dǎo)的。據(jù)報道,MMC通過ERK和JNK信號增加了c-JUN的活性。此外,p65是MAPK通路激活的下游轉(zhuǎn)錄因子。因此,MMC對p-ERK1/2和p-JNK蛋白水平存在影響。在H1299和H460細(xì)胞中,MMC均使得ERK和JNK的磷酸化升高。為了進(jìn)一步闡明ERK和JNK信號的參與,研究了MEK抑制劑(U0126)或JNK抑制劑(SP600125)對MMC誘導(dǎo)的PD-L1和MHC-I表達(dá)上調(diào)的影響。雖然MMC誘導(dǎo)PD-L1和MHC-I表達(dá)不受SP600125的影響,但U0126顯著降低了MMC對PD-L1和MHC-I表達(dá)上調(diào)的誘導(dǎo)。這些發(fā)現(xiàn)表明ERK通路的激活在MMC上調(diào)NSCLC細(xì)胞中MHC-I和PD-L1中起著至關(guān)重要的作用。
研究結(jié)論和意義
在本研究中,MMC可上調(diào)NSCLC中PD-L1和MHC-I的表達(dá),增強PD-L1阻斷劑在體外和體內(nèi)的療效,這與腫瘤腫塊中TILs的增加以介導(dǎo)抗腫瘤免疫有關(guān)。c-JUN的激活和c-JUN與STAT3之間的相互作用增加均通過ERK信號介導(dǎo)PD-L1表達(dá)的上調(diào)。另一方面,p65的激活也會使得MHC-I增加。綜上所述,本研究倡導(dǎo)將PD-L1抗體與MMC進(jìn)行結(jié)合以提高PD-1/PD-L1免疫治療NSCLC的治療效果。
索萊寶產(chǎn)品亮點
LDH assay in H460 cells pretreated with
MMC(0.4 μM, 24 h).
Effector cell (E): PBMC Target cell (T): H460
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