腫瘤及其微環境中的內質網應激信號|腫瘤|腫瘤微環境|內質網|-健康界

前言

內質網（ER）是分泌和跨膜蛋白合成、摺疊和修飾的中心細胞器。ER中的蛋白質處理、修飾和摺疊是決定細胞功能、命運和生存的嚴格調控過程。在幾種腫瘤類型中，不同的致癌、轉錄和代謝異常協同作用，產生不利的微環境，破壞腫瘤細胞和間質細胞的內質網穩態，以及浸潤淋巴細胞。

這些變化引發了持續的內質網應激狀態，已經證明這種應激狀態控制著癌細胞的多種促腫瘤屬性，同時動態地重新編程固有免疫細胞和適應性免疫細胞的功能。ER應激傳感器及其下遊信號通路的異常激活已成為腫瘤生長和轉移以及對化療、靶向治療和免疫治療反應的關鍵調節因子。

TME中ER應激的常見驅動因素

內質網蛋白質摺疊和修飾是一個高度調控的過程。然而，各種內源性和外源性應激可以破壞細胞器中的蛋白質穩態，導致內質網應激。未摺疊蛋白反應（UPR）是一種高度保守的適應性機制，有三個分支協調對未摺疊或錯誤摺疊蛋白質的有害累積的反應。它們包括：需肌醇酶1α（IRE1α）、類PRKR ER激酶（PERK）和激活轉錄因子6（AFT6）。                           

TME中豐富的多種應激源動態地幹擾了惡性細胞和間質細胞內質網的蛋白質摺疊能力。

缺氧：缺氧是TME的一個常見特徵，它擾亂內質網的穩態。蛋白質合成過程中二硫鍵的形成可以在沒有氧氣的情況下發生，但翻譯後摺疊或異構化是氧依賴的過程。此外，缺氧限制了氧依賴性內質網局部氧化還原酶ERO1α的功能，這是形成二硫鍵和蛋白質摺疊所必需的。

營養：與正常能量需求相比，代謝應激以營養供應不足或過量為特徵，很容易破壞內質網的穩態。葡萄糖和穀氨醯胺的有效性與內質網應激密切相關。

活性氧：內質網中的蛋白質摺疊很大程度上依賴於這個細胞器的氧化還原狀態。細胞內活性氧（ROS）的積累對外界條件的反應或由不同的信號事件引起，可以極大地擾亂內質網蛋白表達。

低pH：癌細胞利用有氧糖酵解作為中心代謝途徑，從而產生乳酸，降低周圍微環境的pH值。

腫瘤細胞內質網應激反應

UPR在腫瘤轉化和腫瘤生長中的作用

致癌轉化是一個多步驟的過程，它利用UPR來克服各種障礙。正常上皮細胞中MYC的過度激活會產生大量的蛋白毒性應激，並導致細胞存活率下降。然而，在包括淋巴瘤、神經母細胞瘤、前列腺癌和乳腺癌在內的多種人類癌症中，經受MYC誘導應激的細胞表現出UPR活性的增強。因此，完全激活的UPR對於適應由MYC驅動的癌基因轉化引起的壓力至關重要。        

突變體RAS是另一個與UPR相互作用的致癌驅動因素。獲得性耐藥使KRAS突變型肺癌細胞能夠繞過典型的KRAS效應器，但需要過度活躍的AXL/eIF4E，增加ER中的蛋白質周轉，以及ER應激緩解UPR生存途徑的適應性激活，HSP90維持其完整性。HSP90抑制劑可以協同增強MTA和trametinib的抗腫瘤作用。

分子伴侶結合免疫球蛋白（BiP）在多種人類癌症中過度表達，並通過多種機制促進腫瘤生長，如促進生長因子成熟和分泌、抑制細胞凋亡和促進血管生成。因此，BiP被認為是治療人類癌症的一個有吸引力的靶點。

PERK利用各種機制來調節腫瘤的進展。首先，它的一個關鍵功能是通過增加抗氧化劑穀胱甘肽的生物合成來控制氧化應激。第二，PERK–eIF2α軸減弱整體轉錄並增強自噬作用，以促進MYC驅動的淋巴瘤中的細胞保護性UPR功能。第三，PERK和GCN2都被MYC激活以磷酸化eIF2α並誘導ATF4。

UPR在轉移和休眠中的作用

一些研究表明PERK–eIF2α軸抑制失巢，是腫瘤侵襲和轉移所必需的。PERK在經歷上皮-間充質轉化（EMT）的細胞中也被選擇性激活，其分泌能力增強。在原發性腫瘤中，轉移細胞在循環和遠處組織中的氧化應激水平高於癌細胞。代謝適應，如抗氧化劑的合成，對於癌細胞在遠處的生存和最終的生長是必不可少的。PERK分支通過ATF4和NRF2促進抗氧化反應，因此，可能通過減輕氧化應激而有益於轉移細胞。

最近的研究還表明，來自病人和小鼠癌症模型的休眠惡性細胞的UPR反應增加，包括乳腺癌、鱗癌、結直腸癌和胰腺導管腺癌（PDAC）。UPR可能誘導休眠，作為在遠端器官的不利微環境中生存的一種適應。

腫瘤細胞ER應激對腫瘤免疫微環境的調節

大量研究表明，腫瘤細胞內在的ER應激反應可以通過改變共存於TME中的免疫細胞的功能來影響腫瘤進展。

早期研究表明，ER應激的誘導和UPR的激活可能通過XBP1s和ATF6過度表達抑制主要組織相容性複合體I類（MHC-I）分子的表面表達。

腫瘤細胞ER應激反應被認為可以改變自然殺傷細胞（NK）介導的腫瘤識別。研究表明，在經歷藥物性ER應激的黑色素瘤細胞中，激活UPR的PERK–eIF2α軸可以誘導B7H6的表達，B7H6是NK細胞受體NKp30的配體。

ER應激的腫瘤細胞可以釋放額外的因子來招募或改變腫瘤中髓系細胞的功能。

腫瘤細胞ER應激還可以調節T細胞介導的腫瘤生長、轉移和對免疫治療的反應。在接受抗CTLA-4治療的各種黑色素瘤患者隊列中，XBP1s、ATF4和BiP的表達減少與改善療效和延長生存期相關。

腫瘤內免疫細胞的UPR

腫瘤細胞的高代謝需求和無限制的增殖能力極大地改變了腫瘤環境的營養成分，而腫瘤浸潤性免疫細胞對蛋白質摺疊和產生有效抗癌反應所需的關鍵營養素的獲取有限。因此，腫瘤浸潤的淋巴細胞持續激活ER應激反應，除了觸發典型的UPR外，還以免疫細胞特異的方式調節主要的轉錄和代謝程序。                      

靶向內質網應激傳感器或其相關的UPR反應途徑，可能有助於增強免疫檢查點阻斷和過繼性T細胞免疫治療對目前這些方法難以治療的實體瘤的效果。

靶向UPR的藥物研究

將標準療法與UPR調節劑相結合的方法已在臨床前癌症模型中顯示出顯著的療效，因此值得在癌症患者中進一步研究。

IRE1α抑制劑：IRE1α有兩個可靶向的酶結構域：激酶結構域和內啡肽酶結構域。IRE1α激酶抑制劑在多發性骨髓瘤異種移植模型中顯示出顯著的體內療效。IRE1α激酶抑制劑KIRA8或AMG-18，抑制多發性骨髓瘤生長，並增強這些腫瘤對已建立的一線藥物，蛋白酶體抑制劑硼替佐米和免疫調節藥物來那度胺的反應。

IRE1αRNase抑制劑，包括B-I09、STF083010、MKC3946和MKC8866，已在乳腺癌、前列腺癌、黑色素瘤、淋巴瘤、多發性骨髓瘤和CLL的小鼠模型中進行了廣泛的試驗。B-I09已被證明是一種安全和選擇性的IRE1αRNase抑制劑，適合在體內使用。B-I09抑制CLL小鼠模型中的白血病生長而不引起全身毒性，並與FDA批准的Bruton酪氨酸激酶（BTK）抑制劑ibrutinib協同作用，誘導B細胞白血病、淋巴瘤和多發性骨髓瘤的人類細胞系的凋亡。

PERK抑制劑：PERK抑制劑GSK2606414和GSK2656157抑制不同癌症的人類異種移植模型中的腫瘤生長。GSK2656157還可使結腸癌細胞對5-氟尿嘧啶（5-FU）化療藥物敏感。有趣的是，在免疫原性肉瘤小鼠模型中，GSK2606414可激活T細胞功能並增強對PD-1阻斷的反應。儘管療效顯著，但PERK抑制對胰腺產生嚴重的毒性作用，並顯著抑制胰島素的生成。

基於結構的設計和優化使化合物AMG44和AMG52被認為是有效和高度選擇性的PERK抑制劑。這兩種化合物在體內具有良好的藥代動力學特性和耐受性，需要進一步的臨床前和臨床研究來評估它們與細胞毒性藥物或靶向治療相結合的抗腫瘤療效和潛在副作用。

eIF2α抑制劑：ISRIB是一種有效的eIF2α抑制劑，通過激活eIF2B來抑制eIF2α磷酸化的影響。當作為一種單一的藥物使用時，ISRIB能顯著抑制PTEN缺陷和MYC過度表達的前列腺癌進展，延長帶瘤小鼠的生存期。重要的是，單用ISRIB可在治療3周後導致晚期前列腺腫瘤消退，而無明顯副作用。

BiP抑制劑：在各種小鼠腫瘤模型中，BiP抑制劑KP1339誘導大範圍ER應激和免疫原性細胞死亡。KP1339的I期研究顯示，38例轉移性神經內分泌腫瘤、非小細胞肺癌（NSCLC）或結腸癌患者中有10例疾病穩定，並且具有可接受的耐受性。

HA15是另一種以BiP為靶點的化合物，在黑色素瘤的異種移植模型中，HA15誘導了顯著的抗腫瘤作用，並且有效地減緩了BRAF抑制劑耐藥的黑色素瘤，沒有主要的副作用。

展望

持續性內質網應激是腫瘤的一個新特徵，它是由TME中的多種代謝和致癌異常因素引起的，這些異常擾亂了腫瘤細胞和浸潤性免疫細胞的蛋白質摺疊穩態。活躍的內質網應激反應使腫瘤細胞適應致癌和環境挑戰，同時協調不同的免疫調節機制，促進腫瘤進展。

以內質網應激反應為靶點可以在增強抗腫瘤免疫的同時破壞腫瘤細胞的某些攻擊性特質。越來越多的證據表明，對內質網應激傳感器或UPR反應的調節，會使侵襲性腫瘤對細胞毒性藥物、靶向治療和免疫治療更加敏感。更大規模的臨床前研究以及對臨床試驗樣本的回顧性分析，有助於發現有效的UPR靶向聯合治療，以獲得防止癌症進展和/或復發的持久反應。

參考文獻：

1.Endoplasmic reticulum stress signals in the tumour and itsmicroenvironment. Nat Rev Cancer. 2020 Nov 19.

2. HSP90/AXL/eIF4E-regulated unfolded protein response as an acquiredvulnerability in drug-resistant KRAS-mutant lung cancer. Oncogenesis. 2019 Sep; 8(9): 45.

3. Stress relief for cancer immunotherapy: implications for the ERstress response in tumor immunity. Cancer Immunol Immunother. 2020 Oct 26.

本文來自小藥說藥，作者小藥說藥。