《自然》子刊：癌症下手，真是又快又狠！北大/哈佛团队首次发现，先天和适应性免疫在癌症进展早期就被弄瘫痪了

近日，由北京大学张莹与哈佛大学Judy Lieberman和Winston Hide联合领衔的研究团队，在著名期刊《自然·免疫学》上发表一项重要研究成果[1]。

他们基于可诱导的乳腺癌转基因小鼠模型，发现早期肿瘤在进展过程中，会通过表观遗传学的方式，抑制先天性和适应性抗肿瘤免疫，降低癌细胞与免疫细胞的相互作用，帮早期肿瘤实现免疫逃逸。

他们还证实，DNA甲基转移酶抑制剂地西他滨可以通过降低甲基化水平的方式，逆转肿瘤的免疫编辑和免疫逃逸，恢复机体的抗肿瘤免疫。

▲ 论文首页截图

很早就有科学家提出，肿瘤在生长过程中会编辑自身的基因表达，以避免被免疫系统识别、控制或攻击。

之前肿瘤免疫编辑相关的研究主要在肿瘤细胞系的基础上展开；然而，这些肿瘤细胞系的基因表达已经被深度编辑过。因此，过往的研究没办法告诉我们肿瘤发生早期的基因编辑究竟是怎样的。

之所以存在这个问题，主要也是因为早期肿瘤难以检测和采样。因此，肿瘤早期的基因编辑特征一直是个谜。

为了解决这个难题，张莹等人采用了可诱导的乳腺癌转基因小鼠模型。在多西环素（Dox）诱导下，80-90%的小鼠模型会在7-28天内发生转移性HER2阳性乳腺癌。如此一来，就可以监视乳腺癌发生的全过程，在癌症发生的早期，就可以采集到肿瘤样本。

在这个研究中，为了确定肿瘤发生过程中的早期变化，研究人员在肿瘤基因诱导后5-10天（早期）或30-35天（晚期）分别采集肿瘤样本。最终对24798个细胞进行了单细胞转录组测序（scRNA-seq），以在全基因组水平分析基因表达的变化。

▲ 实验流程

在确定了晚期和早期肿瘤细胞之间的差异表达基因（DEG）之后，研究人员发现晚期样本与早期样本相比，共有229个基因下调，128个基因上调。

大部分下调的基因都与免疫相关，尤其是先天性免疫（IFNI和IFNII等）和感染防御的基因。此外，负责抗原处理和呈递，以及淋巴细胞杀伤的适应性免疫途径相关基因，也显著下调。

值得注意的是，肿瘤编辑主要是抑制肿瘤免疫的免疫编辑，而不是促进细胞增殖或侵袭性的基因改变。

▲ 被下调的基因

随后的研究还发现，早期肿瘤中的多种配体-受体相互作用在晚期肿瘤中减少或检测不到。这说明，免疫监视的降低是癌细胞和免疫细胞的变化共同促成的。

考虑到DNA甲基转移酶（DNMTs）会通过表观遗传学的方法抑制基因的表达，因此研究人员想知道，用地西他滨（DAC）抑制DNA甲基转移酶活性，是否可以解除肿瘤免疫编辑。

他们发现，用PBS处理的对照组肿瘤体积在18天内增加了四倍，但接受地西他滨治疗的小鼠的肿瘤体积缩小到原来的八分之一左右，其中两只肿瘤最小的小鼠，身上的肿瘤甚至消失了。

从肿瘤的免疫变化来看，地西他滨创造了一个高免疫原性的肿瘤微环境，浸润性CD8⁺T细胞、CD4⁺T细胞和NK细胞增加；CD8⁺CD103⁺组织驻留记忆T细胞（TRM）的比例大约增加了四倍；经典1型树突状细胞（cDC1）的数量增加了一倍；免疫抑制性的骨髓来源的抑制性细胞（MDSCs）和肿瘤相关巨噬细胞大量减少。此外，经地西他滨处理的小鼠肿瘤中有更多的NK细胞表达粒酶B（GzmB）和穿孔素（PFN），还有更多的浸润CD8⁺T和NK产生IFNγ和TNF。

不难看出，抑制DNA甲基化可重建抗肿瘤免疫，并强力抑制肿瘤的生长。

▲ 地西他滨对肿瘤免疫微环境的影响，及抗肿瘤效果

RNA测序结果显示，地西他滨主要上调基因表达，有2622个基因显著上调，717个基因下调。

尤其值得注意的是，被地西他滨上调的基因与在晚期肿瘤下调的基因显著重叠，而且这些重叠基因大多参与IFN或其他细胞因子信号转导、抗原递呈或细胞杀伤。

总的来说，张莹等人的这项研究利用侵袭性乳腺癌转基因小鼠模型，对新形成的肿瘤中肿瘤和免疫细胞基因表达的变化，进行了无偏差的研究。

他们发现，肿瘤细胞基因表达的变化，主要集中在抑制先天性和适应性抗肿瘤免疫途径相关基因上，而不是改变促进肿瘤细胞增殖的基因。也就是说，早期肿瘤进展过程中的基因编辑其实是“免疫编辑”，目的是降低肿瘤的免疫原性。

好消息是，地西他滨可以逆转肿瘤的编辑，改善肿瘤的免疫微环境，恢复机体的抗肿瘤免疫。未来，围绕这一研究成果，或许能开发出预防早期癌症复发转移的方法。

参考文献：

[1].Zhang Y, Naderi Yeganeh P, Zhang H, et al. Tumor editing suppresses innate and adaptive antitumor immunity and is reversed by inhibiting DNA methylation. Nat Immunol. Published online August 21, 2024. doi:10.1038/s41590-024-01932-8