DSP平臺(tái)助力揭示Y染色體丟失通過適應(yīng)性免疫逃逸來驅(qū)動(dòng)腫瘤生長

染色體缺失（LOY）與膀胱癌有關(guān)（10-40%），但其臨床和生物學(xué)意義尚不清楚。本研究對(duì)自然發(fā)生的LOY突變型膀胱癌細(xì)胞以及通過CRISPR-Cas9靶向缺失Y染色體的細(xì)胞進(jìn)行了深入的研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，Y陽性（Y+）和Y陰性（Y-）腫瘤在體外生長相似，而在體內(nèi)Y-腫瘤比Y+腫瘤更具侵襲性。LOY突變的癌細(xì)胞改變了T細(xì)胞的功能，促進(jìn)T細(xì)胞衰竭，并使其對(duì)PD-1靶向免疫治療更敏感。Y染色體相關(guān)基因UTY和KDM5D的缺失有可能成為確定膀胱癌臨床侵襲性的重要預(yù)后因素。通過單核RNA測序和空間蛋白質(zhì)組學(xué)分析，對(duì)上述結(jié)果進(jìn)行了進(jìn)一步驗(yàn)證，為了解LOY突變生物學(xué)機(jī)制和改善癌癥免疫治療的潛在生物標(biāo)志物提供了見解。

 

文章詳情

中文題目：Y染色體丟失通過適應(yīng)性免疫逃逸來驅(qū)動(dòng)腫瘤生長

發(fā)表時(shí)間：2023.06

期刊名稱：Nature

影響因子：64.8

實(shí)驗(yàn)平臺(tái)：單核細(xì)胞測序、光譜流式細(xì)胞術(shù)、GeoMx DSP、CODEX、全轉(zhuǎn)錄組測序、全外顯子測序

DOI：https://doi.org/10.1038/s41586-023-06234-x

 

 

01 研究結(jié)果

1、LOY與患者較差的預(yù)后相關(guān)

首先，研究者根據(jù)膀胱內(nèi)膜正常細(xì)胞中Y染色體相關(guān)的18個(gè)編碼基因的表達(dá)模式，開發(fā)了一種評(píng)分系統(tǒng)來測量癌癥中Y染色體的缺失。然后，利用該評(píng)分對(duì)TCGA數(shù)據(jù)庫中300名肌肉浸潤性膀胱癌（MIBC）的男性患者的生存率進(jìn)行分析。通過評(píng)分將樣本分為兩組：Yhigh（n=182）和 Ylow（n=118）組，Ylow組生存率明顯低于Yhigh組。同時(shí)，研究者發(fā)現(xiàn)，4個(gè)Y染色體基因（KDM5D、UTY、TBL1Y和ZFY）表達(dá)減少與預(yù)后不良有關(guān)。

Fig 1 LOY與男性MIBC患者較差的預(yù)后有關(guān)

 

2、建立LOY小鼠膀胱癌模型研究腫瘤侵襲性機(jī)制

為了確定為什么缺少Y染色體的膀胱癌更具侵襲性，研究人員接下來通過小鼠膀胱癌模型進(jìn)行進(jìn)一步研究。研究者評(píng)估了MB49的Y染色體基因表達(dá)（小鼠膀胱癌細(xì)胞系，已被研究證明會(huì)自然失去Y染色體），并進(jìn)行體外和體內(nèi)培養(yǎng)。在體外培養(yǎng)中，研究者發(fā)現(xiàn)Y−和Y+亞群之間的增殖沒有差異。將Y−和Y+系皮下注射到野生型雄性C57BL/6小鼠以及免疫缺陷小鼠模型中，研究LOY對(duì)體內(nèi)腫瘤生長的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在免疫系統(tǒng)完整的小鼠中，Y−腫瘤生長速度比Y+腫瘤更快；而在免疫缺陷Rag2−/−Il2rg−/−小鼠中生長速度相同，這表明Y−腫瘤可能與抗腫瘤適應(yīng)性免疫逃避有關(guān)。接下來，研究者通過干預(yù)Y染色體相關(guān)基因的表達(dá)，進(jìn)一步確定Y−腫瘤中導(dǎo)致免疫逃逸的分子驅(qū)動(dòng)因素。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，Uty和Kdm5d 與Y−腫瘤的抗腫瘤免疫功能受損，推測可能是確定膀胱癌臨床侵襲性的一個(gè)潛在的預(yù)后因素。

Fig 2 LOY以及Y染色體基因Kdm5d和Uty的缺失促進(jìn)腫瘤生長

 

3、LOY癌細(xì)胞產(chǎn)生免疫抑制TME

研究者發(fā)現(xiàn)，在WT和B細(xì)胞缺陷小鼠中，Y−腫瘤生長更快；然而，在T細(xì)胞缺陷小鼠中，Y+和Y−腫瘤的生長速度無差異，說明內(nèi)源性抗腫瘤T細(xì)胞免疫可能參與控制Y+腫瘤的生長。接下來，研究者通過光譜流式細(xì)胞術(shù)，研究Y+和Y−腫瘤之間的瘤內(nèi)CD45+免疫細(xì)胞群的差異。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，CD8+T細(xì)胞、免疫抑制巨噬細(xì)胞（CD11b+ F4/80+ LY6C− CD206+）以及PD-L1+ CD45+免疫細(xì)胞在Y−腫瘤中占有更高的比例，而Y+腫瘤中的腫瘤浸潤性巨噬細(xì)胞（CD11b+ F4/80+LY6C+ CD206−）表現(xiàn)出更顯著的炎癥性表型。使用GeoMX空間蛋白質(zhì)組學(xué)分析，也發(fā)現(xiàn)在Y−腫瘤組織切片中F4/80+巨噬細(xì)胞數(shù)量增加以及PD-1/PD-L1表達(dá)增加。通過結(jié)合已發(fā)表的單細(xì)胞數(shù)據(jù)集結(jié)合流式細(xì)胞數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)Ylow腫瘤細(xì)胞含有更高比例的耗竭CD8+T細(xì)胞，支持了LOY腫瘤促進(jìn)TME中CD8+ T細(xì)胞衰竭的推測。

Fig 3 Ylow 抑制T細(xì)胞免疫并賦予免疫抑制TME

 

接下來，研究者利用CODEX進(jìn)一步驗(yàn)證snRNA-seq結(jié)果，并在組織學(xué)上評(píng)估T細(xì)胞衰竭水平。結(jié)果與snRNA-seq分析一致，Ylow膀胱癌中含有更高比例的功能失調(diào)的CD8+ T細(xì)胞。并且TOX 在多種類型的CD8+T細(xì)胞和調(diào)節(jié)性T細(xì)胞中高表達(dá)，這些數(shù)據(jù)支持了LOY腫瘤促進(jìn)TME中CD8+ T細(xì)胞衰竭的概念。

Ylow膀胱癌含有更高比例衰竭CD8+ T細(xì)胞

 

4、LOY腫瘤對(duì)anti-PD-1/PD-L1免疫治療的反應(yīng)

研究者發(fā)現(xiàn)，與Y+腫瘤相比，Y−腫瘤模型在anti-PD-1治療后具有明顯的改善；在anti-PD-1治療后，Y−腫瘤的CD8+ T細(xì)胞對(duì)治療表現(xiàn)出更大的表型反應(yīng)，從耗竭性狀態(tài)轉(zhuǎn)變到更活躍的分化狀態(tài)。而經(jīng)同型對(duì)照抗體處理的Y−腫瘤顯示，CD8+ T細(xì)胞衰竭標(biāo)志物TOX和TIM3的表達(dá)增加。接下來，研究者在IMvigor210（anti-PD-1）臨床試驗(yàn)中，評(píng)估了Ylow和Yhigh膀胱癌患者的總生存期，發(fā)現(xiàn)Ylow膀胱癌患者在anti-PD-1治療后有更好的預(yù)后。

Ylow膀胱癌對(duì)anti-PD-1 ICB治療的反應(yīng)

 

02 研究結(jié)論

LOY腫瘤通過促進(jìn)CD8+ T細(xì)胞衰竭來逃避適應(yīng)性免疫，在此過程中，LOY腫瘤對(duì)anti-PD-1 ICB也更敏感，其主要由于ICB介導(dǎo)了T細(xì)胞從衰竭分化為效應(yīng)功能的轉(zhuǎn)變。在基因評(píng)估中，發(fā)現(xiàn)Y染色體相關(guān)基因UTY 和KDM5D 的缺失有可能成為確定膀胱癌臨床侵襲性的重要預(yù)后因素，用于膀胱癌患者ICB治療可能會(huì)獲得更好的治療反應(yīng)以及生存結(jié)果。此外，UTY 和KDM5D 的短暫藥物抑制可能對(duì)正在接受ICB治療的Yhigh腫瘤患者提供更強(qiáng)的治療益處。