I型干扰素作为天然免疫反应产物之一，是一种连接天然免疫和适应性免疫至关重要的细胞因子。临床广泛使用的放射性疗法，虽然能够诱导肿瘤细胞产生大量细胞核 DNA损伤并释放DNA片段，激活树突细胞和巨噬细胞内的cGAS/STING等信号通路产生大量I型干扰素，促进抗肿瘤细胞免疫反应；但肿瘤细胞自身却鲜有I型干扰素的产生。长久以来，我们对于肿瘤细胞利用何种机制来抑制天然免疫通路的激活还所知甚少。并且是否能够通过促进肿瘤细胞自身I型干扰素的产生，特异性增加肿瘤组织内的干扰素含量，进而增强抗肿瘤免疫反应，也仍然是一个重要的科学和临床问题。
近日，一项发表在《Nature Immunology》（IF=23.53）的来自美国德克萨斯大学西南医学中心的傅阳心团队的研究揭示了肿瘤细胞通过劫持CASP9信号通路抑制放疗和免疫治疗。
研究人员为鉴定放疗中肿瘤细胞干扰素产生通路的主要抑制机制，首先通过联合放射疗法筛选了临床应用或广泛测试过的细胞通路抑制剂，意外发现放疗联合细胞凋亡抑制剂Emricasan，可以诱导肿瘤细胞产生大量的I型干扰素；进一步发现肿瘤细胞中的内源性细胞凋亡通路的关键酶，Caspase 9 (CASP9)，为肿瘤细胞内天然免疫反应通路的主要壁垒，进而揭示了其抑制抗肿瘤免疫反应的关键机制。体内实验显示，缺失CASP9减缓了肿瘤细胞在野生小鼠体内的生长，放疗可进一步控制CASP9缺失的肿瘤细胞的生长甚至完全清除。机理研究显示，放射治疗诱导CASP9缺失的肿瘤细胞产生的I型干扰素，能够促进树突细胞的交叉致敏(cross-priming)功能，从而诱导并增强肿瘤特异性CD8+T细胞的功能。
已有的研究发现，放疗会诱导细胞核内的染色体DNA损伤，并促进破碎的染色体DNA片段进入微核(micronuclei)中激活cGAS/STING信号通路，但仅在细胞凋亡晚期产生微量的I型干扰素。但是细胞内部拥有数千拷贝的线粒体DNA，而且在内源性细胞凋亡通路激活时，线粒体外膜破损导致线粒体DNA相比于细胞核DNA能够更早的感知胁迫而释放入细胞质中。此前，对于是否能够并具体如何利用放射后肿瘤细胞内大量的线粒体DNA来诱导更强的天然免疫的激活，还依然未知。
该文章中，研究人员发现放射治疗促进线粒体DNA在肿瘤细胞质中聚集；但放射处理的野生型细胞中，并不能有效的产生I型干扰素，而只有在抑制CASP9信号通路时，放射处理的肿瘤细胞才能高效的分泌I型干扰素。而删除线粒体DNA会导致CASP9缺失的肿瘤细胞，在接受辐射后完全丧失I型干扰素的合成能力，从而证明了通过抑制肿瘤细胞内CASP9信号通路可以使肿瘤细胞利用自身线粒体DNA更高效的产生I型干扰素。
cGAS-STING是细胞质中介导DNA识别并产生干扰素的重要信号通路。研究人员进一步删除了肿瘤内源cGAS 和STING，发现删除cGAS/STING通路会完全抑制CASP9缺失的肿瘤细胞产生I型干扰素的能力和树突细胞介导的cross-priming的功能。体内结果也显示删除CASP9能够使放射处理的肿瘤细胞转变为肿瘤组织内主要干扰素生成细胞；而且肿瘤细胞内CASP9缺失所介导的放疗敏感性的增强，也依赖于肿瘤细胞内的，而非宿主的，cGAS/STING信号通路。
至此，该研究发现了肿瘤细胞通过劫持CASP9信号通路来逃逸并抑制天然免疫反应的重要机制。抑制CASP9信号通路，能促进线粒体DNA主导的cGAS-STING信号通路的激活，并诱导肿瘤细胞产生大量I型干扰素，进而增强CD8+T细胞介导的特异性抗肿瘤免疫反应，促进放射治疗介导的肿瘤杀伤效果。
然而值得注意的是，缺失CASP9虽然能够增强原位肿瘤对放疗的敏感性，但并不能进一步增强全身性抗肿瘤免疫反应，进而控制远端肿瘤的生长。作者进一步研究发现，CASP9的缺失虽然诱导了放射处理的肿瘤细胞产生大量I型干扰素激活抗肿瘤免疫反应，但同时I型干扰素也诱导了肿瘤细胞上免疫检查点分子PD-L1的上调，进而抑制了抗肿瘤免疫反应。研究人员进一步联合anti-PD-L1治疗，发现肿瘤细胞缺失CASP9能够更好地响应anti-PD-L1治疗，并且放疗联合anti-PD-L1能够使CASP9缺失的肿瘤诱导更强的全身性抗肿瘤免疫反应，从而控制远端肿瘤的生长。Emricasan是一个泛caspases抑制剂，Emricasan已经在临床上广泛测试了对肝移植，病毒性肝炎及非酒精性肝损伤等肝脏相关疾病的治疗效果；故而Emricasan具有很好的临床转化前景。
研究人员根据现有试验证据推测，通过Emricasan抑制CASP9信号通路应该能够增强放疗或anti-PD-L1的治疗效果。的确，联合Emricasan能够显著的增强肿瘤细胞对放疗以及anti-PD-L1的敏感性。为探索临床使用的可行性，研究人员又进一步在人源化小鼠上检测了Emricasan联合放疗的治疗效果，令人惊喜的是，Emricasan在人源化小鼠上也能够显著的增强肿瘤细胞对放疗的敏感性。为增加全身性抗肿瘤反应，研究人员探索了Emricasan联合放疗和anti-PD-L1治疗方式，发现Emricasan能够协同放疗和anti-PD-L1显著增强全身性的抗肿瘤反应。
作为目前肿瘤的经典治疗方式，化疗、放疗及靶向治疗均是以诱导大量肿瘤细胞的死亡，尤其是细胞凋亡，来行使有效的肿瘤杀伤和控制作用。长久以来，新型肿瘤治疗的相关药物和方法的开发也大部分基于此机制。随着机体免疫系统在肿瘤治疗中的作用被日渐显现出来，人们逐渐意识到诱导特异性肿瘤免疫反应对于维持及增强肿瘤治疗效果的重要性。当今社会，对肿瘤细胞进行靶向性发射性治疗已经普及，采用这种技术能够特异性增强肿瘤组织内凋亡信号的激活，从而诱导线粒体DNA在放射部位的大量释放；因此CASP9信号通路的抑制剂理论上能够更有效地靶向肿瘤组织，进而诱导肿瘤组织特异性的抗肿瘤免疫反应。相关的治疗方式值得进一步的药物开发和临床验证。同时该研究也提示，除了放疗，抑制CASP9信号通路理论上也应该能够与其他促进内源性细胞凋亡的药物联合，从而特异性增强肿瘤组织内的抗肿瘤免疫反应。
总之，该研究首次揭示了肿瘤细胞利用CASP9信号通路逃逸内源性天然免疫反应的机制，进而揭露了抑制肿瘤内源性CASP9信号通路对于放射治疗和免疫治疗的重要促进作用，并为临床研究提供了CASP9抑制剂联合放疗及免疫治疗的可行性的初始实验证据。
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Nat Immuno | 傅阳心团队揭示肿瘤细胞通过劫持CASP9信号通路抑制放疗和免疫治疗！
发布时间：2020-04-01 14:42 文章来源：未知 作者：百替生物
I型干扰素作为天然免疫反应产物之一，是一种连接天然免疫和适应性免疫至关重要的细胞因子。临床广泛使用的放射性疗法，虽然能够诱导肿瘤细胞产生大量细胞核 DNA损伤并释放DNA片段，激活树突细胞和巨噬细胞内的cGAS/STING等信号通路产生大量I型干扰素，促进抗肿瘤细胞免疫反应；但肿瘤细胞自身却鲜有I型干扰素的产生。长久以来，我们对于肿瘤细胞利用何种机制来抑制天然免疫通路的激活还所知甚少。并且是否能够通过促进肿瘤细胞自身I型干扰素的产生，特异性增加肿瘤组织内的干扰素含量，进而增强抗肿瘤免疫反应，也仍然是一个重要的科学和临床问题。
近日，一项发表在《Nature Immunology》（IF=23.53）的来自美国德克萨斯大学西南医学中心的傅阳心团队的研究揭示了肿瘤细胞通过劫持CASP9信号通路抑制放疗和免疫治疗。
研究人员为鉴定放疗中肿瘤细胞干扰素产生通路的主要抑制机制，首先通过联合放射疗法筛选了临床应用或广泛测试过的细胞通路抑制剂，意外发现放疗联合细胞凋亡抑制剂Emricasan，可以诱导肿瘤细胞产生大量的I型干扰素；进一步发现肿瘤细胞中的内源性细胞凋亡通路的关键酶，Caspase 9 (CASP9)，为肿瘤细胞内天然免疫反应通路的主要壁垒，进而揭示了其抑制抗肿瘤免疫反应的关键机制。体内实验显示，缺失CASP9减缓了肿瘤细胞在野生小鼠体内的生长，放疗可进一步控制CASP9缺失的肿瘤细胞的生长甚至完全清除。机理研究显示，放射治疗诱导CASP9缺失的肿瘤细胞产生的I型干扰素，能够促进树突细胞的交叉致敏(cross-priming)功能，从而诱导并增强肿瘤特异性CD8+T细胞的功能。
已有的研究发现，放疗会诱导细胞核内的染色体DNA损伤，并促进破碎的染色体DNA片段进入微核(micronuclei)中激活cGAS/STING信号通路，但仅在细胞凋亡晚期产生微量的I型干扰素。但是细胞内部拥有数千拷贝的线粒体DNA，而且在内源性细胞凋亡通路激活时，线粒体外膜破损导致线粒体DNA相比于细胞核DNA能够更早的感知胁迫而释放入细胞质中。此前，对于是否能够并具体如何利用放射后肿瘤细胞内大量的线粒体DNA来诱导更强的天然免疫的激活，还依然未知。
该文章中，研究人员发现放射治疗促进线粒体DNA在肿瘤细胞质中聚集；但放射处理的野生型细胞中，并不能有效的产生I型干扰素，而只有在抑制CASP9信号通路时，放射处理的肿瘤细胞才能高效的分泌I型干扰素。而删除线粒体DNA会导致CASP9缺失的肿瘤细胞，在接受辐射后完全丧失I型干扰素的合成能力，从而证明了通过抑制肿瘤细胞内CASP9信号通路可以使肿瘤细胞利用自身线粒体DNA更高效的产生I型干扰素。
cGAS-STING是细胞质中介导DNA识别并产生干扰素的重要信号通路。研究人员进一步删除了肿瘤内源cGAS 和STING，发现删除cGAS/STING通路会完全抑制CASP9缺失的肿瘤细胞产生I型干扰素的能力和树突细胞介导的cross-priming的功能。体内结果也显示删除CASP9能够使放射处理的肿瘤细胞转变为肿瘤组织内主要干扰素生成细胞；而且肿瘤细胞内CASP9缺失所介导的放疗敏感性的增强，也依赖于肿瘤细胞内的，而非宿主的，cGAS/STING信号通路。
至此，该研究发现了肿瘤细胞通过劫持CASP9信号通路来逃逸并抑制天然免疫反应的重要机制。抑制CASP9信号通路，能促进线粒体DNA主导的cGAS-STING信号通路的激活，并诱导肿瘤细胞产生大量I型干扰素，进而增强CD8+T细胞介导的特异性抗肿瘤免疫反应，促进放射治疗介导的肿瘤杀伤效果。
然而值得注意的是，缺失CASP9虽然能够增强原位肿瘤对放疗的敏感性，但并不能进一步增强全身性抗肿瘤免疫反应，进而控制远端肿瘤的生长。作者进一步研究发现，CASP9的缺失虽然诱导了放射处理的肿瘤细胞产生大量I型干扰素激活抗肿瘤免疫反应，但同时I型干扰素也诱导了肿瘤细胞上免疫检查点分子PD-L1的上调，进而抑制了抗肿瘤免疫反应。研究人员进一步联合anti-PD-L1治疗，发现肿瘤细胞缺失CASP9能够更好地响应anti-PD-L1治疗，并且放疗联合anti-PD-L1能够使CASP9缺失的肿瘤诱导更强的全身性抗肿瘤免疫反应，从而控制远端肿瘤的生长。Emricasan是一个泛caspases抑制剂，Emricasan已经在临床上广泛测试了对肝移植，病毒性肝炎及非酒精性肝损伤等肝脏相关疾病的治疗效果；故而Emricasan具有很好的临床转化前景。
研究人员根据现有试验证据推测，通过Emricasan抑制CASP9信号通路应该能够增强放疗或anti-PD-L1的治疗效果。的确，联合Emricasan能够显著的增强肿瘤细胞对放疗以及anti-PD-L1的敏感性。为探索临床使用的可行性，研究人员又进一步在人源化小鼠上检测了Emricasan联合放疗的治疗效果，令人惊喜的是，Emricasan在人源化小鼠上也能够显著的增强肿瘤细胞对放疗的敏感性。为增加全身性抗肿瘤反应，研究人员探索了Emricasan联合放疗和anti-PD-L1治疗方式，发现Emricasan能够协同放疗和anti-PD-L1显著增强全身性的抗肿瘤反应。
作为目前肿瘤的经典治疗方式，化疗、放疗及靶向治疗均是以诱导大量肿瘤细胞的死亡，尤其是细胞凋亡，来行使有效的肿瘤杀伤和控制作用。长久以来，新型肿瘤治疗的相关药物和方法的开发也大部分基于此机制。随着机体免疫系统在肿瘤治疗中的作用被日渐显现出来，人们逐渐意识到诱导特异性肿瘤免疫反应对于维持及增强肿瘤治疗效果的重要性。当今社会，对肿瘤细胞进行靶向性发射性治疗已经普及，采用这种技术能够特异性增强肿瘤组织内凋亡信号的激活，从而诱导线粒体DNA在放射部位的大量释放；因此CASP9信号通路的抑制剂理论上能够更有效地靶向肿瘤组织，进而诱导肿瘤组织特异性的抗肿瘤免疫反应。相关的治疗方式值得进一步的药物开发和临床验证。同时该研究也提示，除了放疗，抑制CASP9信号通路理论上也应该能够与其他促进内源性细胞凋亡的药物联合，从而特异性增强肿瘤组织内的抗肿瘤免疫反应。
总之，该研究首次揭示了肿瘤细胞利用CASP9信号通路逃逸内源性天然免疫反应的机制，进而揭露了抑制肿瘤内源性CASP9信号通路对于放射治疗和免疫治疗的重要促进作用，并为临床研究提供了CASP9抑制剂联合放疗及免疫治疗的可行性的初始实验证据。