2021-10-05

Cell | 三阴乳腺癌的COP1敲除增强抗肿瘤免疫反应

原创 风不止步 图灵基因 今天

收录于话题#前沿分子生物学机制

撰文：风不止步

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亮点：

大规模的体内CRISPR筛选显示，癌细胞中COP1的敲除可以稳定C/ebpδ蛋白，抑制巨噬细胞的浸润，增强抗肿瘤免疫力。

Ø 体内CRISPR筛选确定调节肿瘤微环境的新免疫靶标

Ø 癌细胞中的COP1敲除增强抗肿瘤免疫

Ø COP1调节趋化因子分泌和巨噬细胞浸润到肿瘤中

Ø COP1通过 Trib2 靶向C/ebpδ降解并影响ICB响应

2021年9月27日，丹娜-法伯癌症研究所的X. Shirley Liu博士等人在《Cell》上发表了一篇“In vivo CRISPR screens identify the E3 ligase COP1 as a modulator of macrophage infiltration and cancer immunotherapy target”的文章。

在美国，乳腺癌是与癌症有关的发病率和死亡率的主要原因之一。三阴性乳腺癌（TNBC）占乳腺癌病例的15%，在分子亚型中预后最差，促使人们努力寻找新的治疗方案。免疫检查点阻断（ICB）对皮肤癌、肺癌和结直肠癌患者显示出显著的临床效益，提高了ICB有效治疗乳腺癌的可能性。TNBC具有免疫抑制性TME，阻碍了对ICB疗法的有效反应。迫切需要确定新的靶点来重新规划抑制性的TNBC TME，以提高免疫治疗的效果。在研究中使用大规模的CRISPR KO筛选来发现使TNBC在微环境能力不同的宿主小鼠中对抗肿瘤免疫力敏感的基因。结果发现，E3泛素连接酶COP1通过适配器蛋白Trib2调节TF C/ebpδ的蛋白丰度。C/ebpδ转录抑制了癌细胞的巨噬细胞螯合剂释放。在TNBC中抑制COP1会导致巨噬细胞浸润减少，对抗PD-1治疗的敏感性增加，并在小鼠模型中获得更好的生存。同时观察到COP1表达、巨噬细胞浸润水平和许多人类癌症类型的临床结果之间的关联。研究确立了COP1在调节巨噬细胞对肿瘤的浸润和抑制免疫疗法效果方面的作用。

长期以来，人们认为癌细胞中IFNg信号通路的激活有助于T细胞抗原识别和激活T细胞的细胞毒性。矛盾的是，乳腺癌细胞因Jak1、Stat1或Irf1（IFNg信号通路的下游效应器）功能的丧失而对免疫疗法敏感。在乳腺癌和黑色素瘤模型中的研究也发现，持续的IFNg激活可以产生与短期IFNg治疗相反的效果，诱发对免疫疗法的抵抗。因此，IFNg的抗肿瘤和促肿瘤功能可能取决于肿瘤背景、微环境因素、信号传导强度和信号传导时间。

在过去的十年中，人们发现COP1在肿瘤生长和转移中起着重要的作用。一些潜在的COP1降解底物已被确定，包括Tp53、c-Jun、Cebpa、Mek1、p65/RelA、Mkk4、Acc1、Mta1、Foxo1、Troc2和Pea3。基于Dependency Map项目中数百个癌细胞系的CRISPR筛选，对COP1本质性的分析显示，在体外对人类癌细胞系的细胞生长影响普遍较弱。这与在体外生长的小鼠乳腺癌（4T1）和结直肠癌（MC38）细胞中观察到的COP1 KO表型一致。同时，与裸鼠相比，COP1 KO明显抑制了肿瘤的生长，并延长野生型小鼠的存活时间，特别是用ICB治疗的小鼠。这表明，COP1对肿瘤进展的影响是通过TME重编程和免疫反应作用的，这意味着COP1是一个免疫治疗靶点。然而，由COP1-C/ebpδ途径调控的细胞因子和趋化因子不仅可能影响巨噬细胞，也可能影响TME中的其他免疫细胞类型。例如，Ccl2被发现是巨噬细胞的化学诱导剂，但它在特定条件下也能吸引单核细胞、MDSCs、淋巴细胞和中性粒细胞。因此，探索由COP1-C/ebpδ调节的细胞因子对其他免疫细胞类型的影响将是很重要的。同时，我们注意到COP1不仅在癌细胞中表达，也在免疫细胞和正常组织中表达。因此，未来的研究必须评估COP1抑制在体内或人类癌症中的系统效应，特别是当采用COP1的小分子抑制剂时。

虽然C/ebpδ蛋白的水平是COP1 KO后变化最明显的CEBP家族成员，但它并不是蛋白水平受到影响的唯一CEBP家族成员。在其他癌症类型或免疫细胞中，其他CEBP家族成员具有抑制巨噬细胞浸润和肿瘤生长的功能。此外，RNA-seq、ATAC-seq和蛋白质组学分析表明，AP-1家族的TFs可能与C/ebpδ相互作用，或在COP1 KO后介导二次效应。需要进一步的研究来确定参与的特定AP-1家族成员，并阐明这种互动及其影响。

目前可用的ICB抗体，如抗PD-1、抗PD-L1和抗CTLA4，旨在促进淋巴细胞识别癌细胞并增加T细胞的细胞毒性。然而，大多数人类肿瘤，特别是来自乳腺癌、前列腺癌、结肠癌和肺癌，其细胞毒性T淋巴细胞（CTLs）水平较低，而且大多数肿瘤普遍引起低免疫活性。因此，最近的癌症免疫学研究和免疫肿瘤学药物开发都集中在通过杀死免疫抑制性成纤维细胞或巨噬细胞来重新规划TME，以帮助T细胞浸润。研究工作证明体内CRISPR筛选在识别这种癌细胞内在TME调节器方面的有效性。然而，在TME中，来自癌细胞的细胞因子对免疫细胞的影响可能是短程的；那么，细胞因子的异质性是影响细胞外在影响的一个潜在原因。

观察表明，TNBC癌细胞中E3泛素连接酶COP1的缺失会减少巨噬细胞相关趋化因子的分泌，减少肿瘤巨噬细胞的浸润，增强抗肿瘤免疫力，并加强ICB反应。COP1对基因表达的影响主要是由C/ebpδ蛋白的蛋白酶体降解介导的，但C/ebpδ对下游基因表达的调控机制需要更好地表征。初步数据显示，在C/ebpδ-KO细胞中，与C/ebpδ结合度最高的基因可以被上调或下调，这表明基因表达的调节与环境有关，需要进一步的研究来阐明其调节机制。然而，最近的研究已经为其他多个E3泛素连接酶开发了小分子和/或PROTAC抑制剂，如MDM2，cIAP，RIM24，和DCAF16。期望在不久的将来能开发出针对COP1的抑制剂，以增强TNBC的ICB治疗效果。

教授介绍

X. Shirley Liu刘晓乐，博士丹娜-法伯癌症研究所

教育职称：哈佛大学陈曾熙公共卫生学院生物统计学教授；联合主任，功能性癌症表观遗传学中心，丹娜—法伯癌症研究所；DF/HCC 计划隶属关系；癌症数据科学会员。

研究介绍：X. Shirley Liu是一名计算生物学家，擅长癌症表观遗传学。研究重点是通过整合ChIP-seq、RIP-seq、DNase-seq、MNase-seq，RNA-seq和其他高通量基因组学数据来模拟转录因子、染色质调节器和lncRNAs在肿瘤发展、进展、药物反应和抗性中的特异性和功能。她的实验室开发了一些广泛使用的算法，用于转录因子图案的寻找、ChIP-chip/seq和DNase-seq数据的分析。在表观遗传学方面，她和同事在人类基因组中产生了第一个高通量核糖体图谱，并首次使用核糖体和DNase超敏性的动态变化来预测生物过程中的驱动转录因子及其全基因组的结合。在癌症生物学方面，她和同事确定了雌激素受体、雄激素受体和FoxA1在乳腺癌和前列腺癌中的功能，发现了NOTCH1在T-LL中的直接靶点，并报告了EZH2在激素独立的前列腺癌中从作为PRC2一部分的转录抑制器转换为转录协同激活器。

参考文献

XiaoqingWang,CollinTokheim et al. In vivoCRISPR screens identify the E3 ligase COP1 as a modulator of macrophageinfiltration and cancer immunotherapy target(2021)