撰文 | 咸姐
免疫检查点阻断(ICB) 在许多癌症中表现出显著的治疗效果，包括非小细胞肺癌(NSCLC)。近年来，一些预测良好反应的生物标记物被陆续发现，如程序性细胞死亡配体1 (PD-L1) 的高表达、肿瘤突变负担的程度和肿瘤微环境(TME) 中肿瘤浸润淋巴细胞的数量等。相反，某些体细胞突变，如那些损害干扰素感应或主要组织相容性(MHC) I类显示的突变，可促进癌细胞逃避癌症免疫监测并对ICB产生耐药性【1】。研究发现，由于自身线粒体功能障碍，KRAS-LKB1(KL) 突变型NSCLC细胞表现出mtDNA的细胞质积累，通过EZH2介导的组蛋白H3K27甲基化，以及DNMT1诱导的5-甲基胞嘧啶在其启动子周围积聚而在表观遗传学上沉默干扰素基因刺激因子（STING）的表达，从而保护细胞免受STAT1诱导的细胞毒性，而KL细胞中肿瘤细胞STING信号的缺失会损害细胞毒性T细胞对肿瘤微环境 (TME) 的浸润，从而对抗PD-1治疗产生抵抗【2】。正常情况下，异常的细胞质DNA积累或自身DNA胞质泄漏可被环鸟苷单磷酸(GMP)-AMP合成酶(cGAS)感知，从而产生第二信使2’3’-环GMP-AMP (2’3’-cGAMP)，直接激活其下游靶标STING。STING从内质网 (ER) 转移到ER-高尔基中间区 (ERGIC)，随后激活TANK结合激酶 1 (TBK1) 磷酸化并激活IRF3。而IRF3诱导的细胞因子（包括Ⅰ型干扰素和CXCL10）则在增强抗原递呈和细胞毒性T细胞向肿瘤的招募中起着核心作用，因此，完整的STING信号逐渐被认为是治疗性抗肿瘤免疫的关键决定因素【3】。
由此可见，STING活性的重新参与可能是恢复KL肿瘤免疫原性的一种极富潜力的策略。目前，激活癌细胞内固有STING信号的策略有两种，一种是合成STING激动剂，如基于天然STING配体环二核苷酸 (CDN) 的结构的ADU-S100和MK-1454，但是目前的这些分子受到癌细胞膜通透性低的限制，并且可能促进T细胞细胞毒性和死亡；另一种是通过cGAS激活促进内源性2’3’-cGAMP的产生，但是目前还没有研究显示这是否是KL细胞中重新激活STING信号的最佳策略。
基于以上，近日，来自美国丹娜-法伯癌症研究所的David A. Barbie团队在Cancer Cell在线发表题为MPS1 inhibition primes immunogenicity of KRAS-LKB1 mutant lung cancer的文章，进行了系统研究以确认KL细胞对2’3’-cGAMP细胞内积累的独特敏感性，并重点筛选了可以利用这种脆性的现有临床药物，发现MPS1抑制剂可在STING表观遗传去抑制后有效地重新激活KL细胞的cGAS-STING 信号传导，并且通过微流体和动物模型证实这种联合用药可有效募集T/NK细胞，逆转抗PD-1耐药性，由此揭示了一种可实现临床转化的新策略。
本文研究人员首先利用2’3’-cGAMP或ADU-S100处理观察KRAS-Tp53 (KP，STING正常表达) 突变或KL NSCLC细胞系对外源性CDN暴露的敏感性，结果提示STING阳性的KL细胞系可能对2’3’-cGAMP的细胞内积累特别敏感。因此，研究人员在STING低表达的KL细胞系以及KP细胞系中过表达cGAS以直接比较其对内源性细胞内2’3’-cGAMP的敏感性，证实KL细胞状态对细胞内2’3’-cGAMP具有高敏感性，揭示了LKB1缺失不仅与STING沉默相关，而且与cGAS不耐受和2’3’-cGAMP的高敏感相关。KL细胞限制了细胞内2’3’-cGAMP的积累，且至少部分避免了与STAT1激活相关的下游细胞毒性。
随后，研究人员选择具有高敏感性的H1944 KL细胞作为模型系统，对其进行无偏倚的细胞毒性化疗或靶向DNA损伤药物的筛选，以了解它们在脉冲给药后上调内源性2’3’-cGAMP产生的能力，尤其关注已经在临床或临床试验中使用的DNA损伤药物。结果发现三种化合物能够在48小时脉冲给药后在H1944细胞中诱导显著的CXCL10分泌，即docetaxel、barasertib和CFI-402257（一种纺锤体组装检查点激酶单极激酶的选择性抑制剂MPS1），它们的CXCL10诱导的程度与诱导的DNA损伤程度无关，但是cGAS依赖性的，其中CFI-402257效果最明显，而且是唯一一种诱导产生了可检测水平的细胞内2’3’-cGAMP的药物。由此表明，与在其他情况下激活cGAS-STING的其他DNA损伤剂相比，脉冲MPS1抑制是KL细胞中细胞内2’3’-cGAMP和下游STING通路激活的最有效的诱导剂。深入实验结果表明，脉冲MPS1抑制能有效地产生微核，从而优先激活KL细胞中的cGAS-STING信号。此外，与TME中的非基因组改变的非增殖细胞（如免疫细胞和内皮细胞）相比，MPS1抑制可在增殖癌细胞中更有效地诱导微核，从而特异性的在增殖的KL细胞中激活cGAS-STING信号。而进一步的实验发现，通过靶向表观遗传沉默使STING去抑制，可以显著增强MPS1抑制对KL细胞的影响，协调其去调节的细胞周期进程，并有效恢复CXCL10的生成和I型IFN信号。
已有研究发现KL细胞中cGAS-STING信号通路和CXCL10的重新激活促进了T细胞从血管外渗和肿瘤内T细胞的募集，此外，在KL细胞免疫逃逸中，MHC I类（也是STAT1靶点）以及PD-L1表达下调。因此，本文研究人员随后探讨了MPS1抑制诱导的STING激活对抗肿瘤免疫的潜在影响，结果显示MPS1抑制剂诱导的STING激活可以恢复KL细胞MHC I类分子HLA-A/B/C以及PD-L1的表面表达。进一步地利用3D微流控系统研究MPS1抑制后的免疫细胞趋化性，发现只有在使用CFI-402257处理的情况下，才能观察到CXCR3重组Jurkat T细胞和NK-92细胞（内源性表达CXCR3）的迁移。与此同时，利用患者来源的异种移植（PDX）-KL细胞系，对其进行表观遗传和脉冲MPS抑制预处理，然后与来自外周血单个核细胞（PBMCs）的异基因T细胞共培养，结果显示免疫原性增加。在3D培养中也可发现CXCL10分泌的增加以及PBMC来源的CD3+ T细胞向PDX-KL球体的迁移。这些结果均表明表观遗传和脉冲MPS1抑制剂治疗KL细胞可以改善抗原提呈和T细胞及自然杀伤（NK）细胞的招募。同系小鼠KL模型的体内实验也证实了上述发现，通过单疗程地西他滨（DNMT抑制剂）治疗后，脉冲MPS1抑制剂治疗可恢复肿瘤细胞STING-IFN-CXCL10轴，并促进体内Treg耗竭和CD8+T细胞浸润。此外，在上述给药模型2周后进行第二个MPS1抑制脉冲或单脉冲与PD-1阻断剂联合使用，以评估两种不同的长期疗效治疗策略在这些模型中的持久反应，结果也证实DNMT/MPS1抑制剂序贯联合治疗可以恢复Sting沉默的KL肿瘤的持久反应，并提高PD-1阻断的敏感性。
综上所述，本研究对临床试验中使用的细胞毒性化疗或靶向DNA损伤的药物进行无偏倚筛选，确定了MPS1为激活KL细胞中cGAS-STING信号的强有效的靶点，揭示了其作用的分子机制，体外和体内实验均证实在表观遗传抑制剂之后使用MPS1抑制剂进行脉冲治疗，可显著增强STING途径的激活，导致效应细胞因子和趋化因子的分泌增加，MHC I类分子的表达增加，增强T细胞招募，并直接导致STAT1依赖性细胞死亡，由此为临床上治疗难治性KL肿瘤患者恢复有效的抗肿瘤免疫提供了新的思路。
https://doi.org/10.1016/j.ccell.2022.08.015
制版人：十一
参考文献
1. Keenan, T.E., Burke, K.P., and Van Allen, E.M. (2019). Genomic correlates of response to immune checkpoint blockade.Nat. Med.25, 389–402.
2. Kitajima, S., Ivanova, E., Guo, S., et al. (2019). Suppression of STING associated with LKB1 loss in KRAS-driven lung cancer.Cancer Discov.9, 34–45.
3. Kwon, J., and Bakhoum, S.F. (2020). The cytosolic DNA-sensing cGAS-STING pathway in cancer.Cancer Discov.10, 26–39.
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