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免疫检查点疗法（Immune Checkpoint Blockade）主要是指通过阻断T细胞表面的免疫“刹车”分子PD-1和CTLA-4等，释放患者体内原本存在的抗肿瘤免疫反应来发挥治疗作用。目前，该疗法取得了巨大的临床成功，已经在二十多种癌症中获批，给晚期癌症患者带来了曙光【1,2】。其开创者James P. Allison和Tasuku Honjo获得2018年的诺贝尔生理医学奖。然而，由于各种免疫抑制机制的存在，大部分癌症患者仍不能从该疗法中获益。近期研究表明【3】，需要依据分子标志物和临床证据对患者进一步分层，以便提供精准免疫治疗。
系统地研究免疫治疗抵抗机制、寻找分子标志物或协同治疗靶点需要有良好的动物肿瘤模型。目前普遍使用的移植瘤模型不能准确反映人类肿瘤在病理和免疫上的复杂性。传统基因工程小鼠模型（GEMMs）可以更精确地模拟人类肿瘤病理和免疫微环境，但一次只能靶向几个基因，限制了研究的系统性。CRISPR技术为同时靶向多种基因提供了途径。耶鲁大学陈斯迪团队王广川博士和Ryan Chow等人开发了基于CRISPR的基因工程小鼠原位瘤模型（CRISPR-GEMM），分别通过颅内或尾静脉注射诱导出小鼠多形性胶质母细胞瘤GBM或肝癌LIHC，并绘制了GBM和 LIHC的基因突变图谱，相关成果先后发表在Nature Neuroscience（2017）和 Science Advances（2018）上。该模型的优势是能够同时靶向数百种基因，并可以贴切地反映出人类肿瘤在遗传病理以免疫微环境上的复杂性，为系统性研究基因突变和免疫治疗的关系、剖析免疫治疗逃逸机制提供了良好的平台。
2020年9月4日，耶鲁大学陈斯迪团队的王广川等在Cancer Discovery杂志上在线发表文章“CRISPR-GEMM pooled mutagenic screening identifies KMT2D as a major modulator of immune checkpoint blockade”，他们利用CRISPR-GEMM筛选模型，系统性地研究56种基因突变与免疫检查点治疗应答之间的关系。通过筛选和验证，发现了KMT2D突变肿瘤对PD-1治疗更敏感（图1） 。由于KMT2D突变在癌症病人中普遍存在，此发现对患者的分层和临床决策具有广泛意义。
图1. 系统性研究基因突变与免疫治疗应答的关系，发现KMT2D突变肿瘤对PD-1治疗更敏感。
KMT2D编码组蛋白H3K4甲基转移酶，是肿瘤患者中最常见的突变基因之一。进一步分析人类肿瘤样本，发现KMT2D在转录调控和DNA损伤修复中具有重要作用。机理研究表明，KMT2D突变会导致肿瘤细胞内H3K4单甲基化水平显著下降， KMT2D突变细胞中的转录叉和复制叉的碰撞 (4) 导致基因组DNA损伤水平和突变负荷 （TMB） 增加，以及转录的不稳定性升高 （图2） 。随后的ATAC测序分析还发现KMT2D突变会导致染色质的改变，并且对IFN-γ处理更加敏感。
图2.KMT2D突变肿瘤内存在更高水平的DNA损伤，且在多种人类肿瘤中与高突变负荷相关。
通过免疫组化和流式对肿瘤微环境进行分析，发现KMT2D肿瘤内部存在更强的免疫细胞浸润。尤其是PD1治疗以后，KMT2D肿瘤内部存在更高水平的T细胞尤其是IFN-γ+ CD8 T细胞，以及巨噬细胞和树突状细胞 （DCs） 等抗原呈递细胞（ 图2） 。而这些T细胞和抗原呈递细胞均表达高水平的PD-1分子。结合近期研究，PD-1治疗不仅直接作用于T细胞，还能通过激活天然免疫细胞群的功能来发挥抗肿瘤作用。
图3. KMT2D突变肿瘤的微环境中存在更强的免疫细胞浸润，因此对PD-1治疗更加的敏感
综上，肿瘤细胞中的KMT2D突变会引起DNA损伤和转录压力的增加，进而积累更高的突变负荷以及异常转录本，产生更多肿瘤新抗原。上述改变会导致肿瘤微环境中更高水平的免疫细胞浸润，进而对PD-1治疗更加敏感 （图3） 。CRISPR-GEMM模型提供了一种可以在自然肿瘤微环境中系统性剖析免疫治疗应答机制的平台。
本研究第一作者为王广川博士，同实验室的MD PhD学生Ryan Chow、朱律韵博士以及白志刚博士为本文共同第一作者。王广川博士获得耶鲁大学Rudolph J Anderson Postdoctoral Fellowship和美国癌症研究所CRI Irvington Postdoctoral Fellowship的资助。
王广川博士简介（附招聘广告）：
王广川博士在肿瘤免疫学领域以（共同）第一作者在Cell、Cancer Discovery、Nature Immunology、Nature Methods、Science Advances等杂志发表多篇研究论文；他即将加入中国科学院生物化学与细胞生物学研究所（上海）担任独立研究员，目前正在组建研究团队，欢迎对肿瘤免疫学有兴趣的研究生、博士后 （具有肿瘤、免疫学或生物信息学背景更佳）或有意向合作的朋友联系（Email:gcwang1018@gmail.com; WeChat: guangchuan1018 ）。
https://cancerdiscovery.aacrjournals.org/content/early/2020/09/04/2159-8290.CD-19-1448
参考文献
1. Sharma P & Allison JP (2015) The future ofimmune checkpoint therapy. Science348(6230):56-61.
2. Wolchok JD, et al. (2013) Nivolumab plus ipilimumab in advanced melanoma.N Engl J Med369(2):122-133.
3. Carbone DP, et al. (2017) First-Line Nivolumab in Stage IV or RecurrentNon-Small-Cell Lung Cancer.N Engl J Med376(25):2415-2426.
4. Saponaro M, et al. (2014) RECQL5 controls transcript elongation andsuppresses genome instability associated with transcription stress.Cell157(5):1037-1049.
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