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暗藏玄机,Cell | 蛋白质组学揭示黑色素瘤响应免疫治疗的线粒体依赖性

已有 233 次阅读 2019-10-15 14:43 |系统分类:科研笔记|文章来源:转载

肿瘤的免疫治疗作为一种创新的治疗方式,显著提高了患者的生存率,已成为肿瘤治疗研究领域的一大热点。2018年诺贝尔生理学或医学奖授予了美国免疫学家詹姆斯·艾利森(James Allison)和日本免疫学家本庶佑(Tasuku Honjo),以表彰他们在癌症免疫疗法的贡献。


 ▲ 2018 年诺贝尔医学及生理学奖获奖者:James Allison(左)、本庶佑(右)

免疫检查点抑制剂(ICIs)目前被认为是黑色素瘤免疫治疗的主流,特别是针对细胞毒性T淋巴细胞相关蛋白4 (CTLA-4)或程序性死亡1 (PD1)免疫检查点的抗体,然而大约50%的患者对治疗没有反应。与广泛的转录组学研究相比,黑色素瘤的深入蛋白质组学分析尚未很好的开展。


9月19日,国际顶级学术期刊Cell在线发表了题为“Proteomics of Melanoma Response to Immunotherapy Reveals Mitochondrial Dependence”的文章。研究人员通过对接受肿瘤浸润淋巴细胞(TIL)或抗程序性死亡(PD1)免疫治疗的晚期黑色素瘤患者的蛋白质组学研究,表明了黑色素瘤的代谢状态与免疫治疗反应之间的关系。


研究运用蛋白质组学定量技术,召集了两组使用TIL或抗PD1治疗的患者进行研究。对116名患者的分析显示,两种治疗方案的应答者和非应答者之间存在功能差异,特别是涉及氧化和脂质代谢以及抗原呈递层面。体内外功能分析表明,肿瘤细胞内脂质和酮体代谢蛋白是抗原表达和肿瘤免疫原性的主要介质。揭示脂质代谢是一种调节机制,通过提高抗原递呈来增加黑色素瘤的免疫原性,从而增加对T细胞介导的体外和体内杀伤的敏感性。这可能是未来改善治疗应答的重要基础。


 
研究速读


1、 黑色素瘤TIL和抗PD1治疗的蛋白组学分析


为了确定与免疫治疗反应相关的蛋白网络,研究人员收集了116例IV期黑色素瘤样本,包括42例TIL治疗的患者和74例抗pd1治疗的患者(样本策略),进行了蛋白质组学定量分析,将每个队列分为两组主要的应答者(包括部分应答者和完全应答者;n = 61)和无应答者(进展性疾病;n = 48)。WGCNA分析显示抗原呈递和线粒体代谢途径的重要作用。TIL和抗PD1治疗群体的差异蛋白KEGG通路聚类分析表明这两种治疗的蛋白图谱惊人地相似。数据分析强调了线粒体代谢的差异通常与免疫治疗反应有关,而与治疗方案无关,并且在RNA水平上也很明显,尽管其程度远低于蛋白质组水平。


▲ 黑色素瘤TIL和抗PD1治疗的蛋白组学分析


2、 免疫治疗应答蛋白标记物的鉴定


研究人员采用了基于SVM的分类方法做了进一步的分析,对于TIL队列的8个特征蛋白,其中6个在应答群体中较高,2个在非应答群体中较高;而对于抗PD1队列的15个特征蛋白,在应答群体中都较高。应答蛋白相互作用网络显示出两个高度连接的蛋白簇,第一种是富含IFN和抗原处理及表达机制蛋白,第二组富含参与脂质代谢和TCA循环的线粒体代谢酶。免疫染色显示应答者与非应答者表达差异显著,与蛋白组学数据一致,并且在黑色素瘤细胞而非基质中显示特异性的信号蛋白染色。


 ▲ 免疫治疗应答蛋白标记物的鉴定


3、 黑素瘤细胞免疫原性代谢调节的功能验证


除了代谢谱和免疫反应之间的相关性,研究人员还想知道线粒体代谢是否在增加肿瘤免疫原性方面也有功能作用。研究人员用DCA处理的黑色素瘤细胞做了进一步的蛋白组学分析。结果表明参与抗原呈递的多种蛋白表达增加,包括免疫蛋白酶体亚基PSMB8和PSMB9以及氨基肽酶ERAP1。代谢对抗原呈递的影响表明,这些可能影响T细胞的识别和肿瘤细胞的杀伤。随后,研究人员将对照或基因敲除的黑色素瘤细胞与匹配的T细胞共同培养,并通过LDH分泌来监测细胞死亡,ACAT1、HADHA和CPT1A的敲除显著降低特异性T细胞杀伤性。这些结果显示了相关蛋白作为调节因子在体内外影响黑色素瘤和免疫细胞的重要性。


 ▲ 黑素瘤细胞免疫原性代谢调节的功能验证


综上所述,研究认为黑色素瘤细胞的代谢状态决定了细胞的变化,这种变化通过抗原呈递机制的内在变化和肿瘤微环境的外在变化影响T细胞杀伤调控作用。这些结果揭示了黑色素瘤的代谢状态与免疫治疗反应之间的关系,这可能是未来改善治疗应答的重要基础。


编者注:蛋白质组学是精准医学研究的核心内容,在肿瘤学领域进展迅猛,蛋白质组学方法已在多种肿瘤,如肺癌、肝癌、胃癌、结直肠癌、膀胱癌、肾癌等疾病的临床研究与诊治中取得突破,屡屡见刊于CNS等顶级学术期刊。文章也又一次证明了蛋白质组学在生命科研领域研究中的重要作用。

2019年CNS发表的蛋白质组学研究
2019.10 Cell | 樊嘉/周虎/高大明团队合作报道HBV相关肝癌蛋白基因组最新研究
2019.05 Nature主刊!卵巢癌及附近基质的大队列蛋白质组学分析
2019.04 最新Cell!首次报道结肠癌大样本队列的蛋白基因组学研究
2019.04 寻找阿喀琉斯之踵!Nature | 整合蛋白质组学研究揭示“癌症之王”治疗新靶点
2019.03 你的情绪影响你的基因表达!Nature最新报道:神经递质5-羟色胺通过新型组蛋白修饰发挥调控作用
2019.02 Cell:亚硝基化修饰介导肠道微生物对宿主的影响
2019.02 喜见花开凤凰飞,中国人类蛋白质组计划发现肝癌精准治疗新靶点
2019.01 Nature最新突破,大脑皮质神经元投射的亚细胞转录组和蛋白质组研究

综述及其他
2019.01 Nature Reviews:Spatial Proteomics,细胞生物学研究利器
2019.07 Nature综述 | 哈佛医学院施扬组综述组蛋白甲基化在动物发育中的作用和调节
2019.06 NATURE新闻特写 | DNA,请挪步:轮到古蛋白登场揭示人类史了

参考文献:
Michal Harel, et al., 2019, Proteomics of Melanoma Response to Immunotherapy Reveals Mitochondrial Dependence. Cell.

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