我們都知道癌細胞逃避免疫細胞追殺的方式有很多。
但這個很多究竟是多少呢？
今天，加拿大多倫多大學Jason Moffat領銜的研究團隊，在頂級期刊《自然》上發表的研究論文給出了一個讓人吃驚的答案[1]。
至少有182種！
研究人員藉助CRISPR基因編輯技術，分別敲掉了6種癌細胞系的19069個蛋白編碼基因，在細胞毒性T淋巴細胞（CTLs）的選擇壓力下，最終找到了182個與癌細胞的免疫逃逸相關的基因。
難怪大部分癌症患者對免疫治療都沒有反應。
這項研究得到的數據不僅讓我們對癌細胞的免疫逃逸有了更全面的認知，更重要的是還發現了一些出人意料的免疫逃逸基因相互作用（先賣個關子，後文講）。
▲ 論文首頁截圖
隨著越來越多的免疫治療藥物獲批，這種治療方法正在成為癌症治療的常用手段之一。也正因為這種常態化，人們對免疫治療的關注度也在逐漸下降。
不過學界對免疫治療的熱情依舊，因為還有很多患者不能從免疫治療中獲益。也就是說腫瘤還有很多免疫逃逸手段等著科學家去發現，去攻克。
雖然已經有一些圍繞患者的免疫逃逸機制的研究[2-4]，但是這些研究僅限於檢測經常發生的基因變異。當然，也有一些基於CRISPR技術的免疫逃逸機制研究[5-7]，不過這些工作也缺乏從基因型到表型對免疫逃逸展開系統地研究。
為了在小鼠癌症細胞系中構建一個全基因組表型篩選平臺，以系統識別與癌症內在免疫逃逸相關的基因，Moffat和他的同事們先搭建了一個針對19069個蛋白編碼基因的CRISPR基因編輯體系。
隨後用這套基因編輯系統處理6個癌細胞系，得到的細胞與細胞毒性T淋巴細胞混合，在不同的時間點取樣測序，以確定哪些基因與癌細胞的免疫逃逸相關。
▲ 實驗流程
經過對數據的初步分析，Moffat團隊發現：在6個不同的細胞系中，至少有2000個基因影響了細胞毒性T淋巴細胞對癌細胞的殺傷效果。
這其中有一些是之前已經被科學家發現的老朋友了，例如B2m、Jak1、Jak2、Ifngr1、Ifngr2等基因。
▲ 不同細胞系的篩選結果
為了驗證這些基因確實與免疫調節有關，研究人員對這2000多個基因做了基因集富集分析（GSEA），發現它們集中在抗原呈遞、Jak-Stat信號和幹擾素通路的基因，參與介導了癌細胞對細胞毒性T淋巴細的抵抗力；而集中在壞死、p38絲裂原激活蛋白激酶（MAPK）信號和NF-κβ通路的基因則介導了癌細胞對細胞毒性T淋巴細胞的敏感性。
當然了，還有一些之前在調節免疫細胞殺傷力方面未受重視的通路，例如涉及一氧化氮的產生和線粒體代謝的基因，介導了癌細胞對細胞毒性T淋巴細胞的抵抗力；而糖基磷脂醯肌醇（GPI）錨代謝、胞內體運輸、轉錄調控和自噬相關的基因，則介導了癌細胞對細胞毒性T淋巴細的敏感性。
總的來說，這些基因富集的信號通路都與免疫調節有很好的相關性。
▲ 富集的結果
要想找到合適的藥物靶點，還需要尋找那些在各個細胞系中都能穩定發揮同種作用的基因。於是Moffat和他的同事決定進一步縮小包圍圈。
他們將至少在3個及以上細胞系中存在免疫逃逸相關作用的182個基因挑了出來，定義為「腫瘤內在核心細胞毒性T淋巴細胞逃逸基因」。
接下來，他們使用來自癌症基因組圖譜（TCGA）的數據，將上述182個基因與已確定的抗腫瘤T細胞反應標誌物相關聯。最終他們發現這182個基因與IFNγ反應和先天性抗PD-1抵抗等之間存在顯著的正相關關係。
那究竟是哪些基因影響了癌細胞對IFNγ的反應呢？
深入分析發現影響最大的是Fitm2基因，以及參與到自噬通路的基因（例如：Atg3、Atg5、Atg7、Atg10、Atg12和Atg14）。
▲ 與IFNγ敏感性相關的基因
Fitm2的出現讓研究人員大感意外，因為這個基因是小鼠脂肪組織儲存脂肪所必需的[8]，但此前並未發現它與IFNγ之間存在任何瓜葛。
為了驗證Fitm2調節免疫的作用，研究人員在幾個癌細胞系中敲除了Fitm2基因，結果沒有Fitm2基因之後，癌細胞對細胞毒性T淋巴細胞變得敏感了，換句話說，細胞毒性T淋巴細胞對缺失Fitm2基因的癌細胞殺傷力更強。
而且，與Fitm2基因正常的癌細胞相比，在IFNγ處理後，Fitm2基因缺失的癌細胞死的更多，這種差距肉眼可見。不過在加入抗IFNγ抗體之後，Fitm2基因缺失的癌細胞對細胞毒性T淋巴細胞的敏感性就消失了。
也就是說，細胞毒性T淋巴細胞對Fitm2基因缺失癌細胞的強大殺傷能力，是通過IFNγ介導的。
▲ IFNγ對Fitm2正常（左）和缺失（右）癌細胞的殺傷力
深入研究發現，原來Fitm2是內質網膜穩態的調節器，Fitm2缺失的癌細胞，在IFNγ暴露期間容易受到氧化性蛋白毒性和脂質毒性應激損傷，最終導致癌細胞死亡。
反過來講，Fitm2基因的存在，實則幫助癌細胞實現了免疫逃逸。
不過神奇的是，如果自噬通路的相關基因與Fitm2一起發生突變的話，這個癌細胞就對IFNγ介導的細胞毒性有了特別有抵抗力。
為什麼說它神奇呢？因為自噬通路的相關基因與Fitm2一樣，只要單獨突變就讓癌細胞變得對IFNγ賊敏感。
▲ 自噬通路的相關基因與Fitm2的相互作用
由於自噬對腫瘤的生長非常重要，因此自噬也正在成為抗腫瘤治療的有吸引力的目標。試想，如果一名接受抗自噬治療的患者腫瘤中恰好攜帶Fitm2突變，那這種治療豈不是在幫助腫瘤逃避免疫系統的打擊，加速患者病情的惡化？！
這個結果凸顯了基因相互作用對腫瘤免疫逃逸的影響，也讓我們見識到了腫瘤免疫逃逸的複雜性。
在單獨研究自噬相關基因的時候，Moffat團隊再次發現了這種奇怪的相互作用。
他們首先發現一個意外的現象：自噬相關基因突變和Fitm2突變同時出現雖然能讓癌細胞對IFNγ有抵抗力，但是在面對細胞毒性T淋巴細胞時，這種抵抗又消失了。
研究人員推測，自噬對癌細胞免疫逃逸的影響可能還依賴於其他細胞因子。果不其然，自噬相關基因的背後還有TNF。用抗TNF抗體對自噬相關基因突變的癌細胞進行預處理，可消除此類癌細胞對細胞毒性T淋巴細胞的敏感性。
▲ TNF對自噬基因Atg12正常（左）和缺失（右兩列）癌細胞的殺傷力
隨後，研究人員用自噬抑制劑autophinib和TNF聯合處理91種人類細胞系，發現在41種細胞中，autophinib和TNF表現出協同殺傷作用。
然而，在研究自噬相關基因之間的相互作用時，奇怪的相互作用又出現了：Atg12與Atg5和Atg16l1之間具有強烈的反向表型。
啥意思呢？
就是說，上面三個基因獨立突變的話，都會變得對細胞毒性T淋巴細胞和TNF敏感；但是如果Atg12與Atg5同時突變，或者Atg12與Atg16l1同時突變，就會對細胞毒性T淋巴細胞和TNF表現出強烈的抵抗。
「我們完全沒有預料到這一點，」Moffat說[9]。「這個研究結果告訴我們，遺傳背景在很大程度上決定了治療的效果。」
基於Moffat團隊的研究成果，本奇點糕感覺我們對癌症免疫逃逸的認知還非常有限，這個複雜領域還有很多未知等著科學家去探索。
不過，Moffat和他的同事仍對未來持樂觀態度，他們認為隨著對癌細胞中基因相互作用理解的加深，在未來根據腫瘤的DNA數據預測哪種類型的治療最有效，是有可能實現的。
編輯神叨叨
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[5].Manguso R T, Pope H W, Zimmer M D, et al. In vivo CRISPR screening identifies Ptpn2 as a cancer immunotherapy target[J]. Nature, 2017, 547(7664): 413-418.
[6].Pan D, Kobayashi A, Jiang P, et al. A major chromatin regulator determines resistance of tumor cells to T cell–mediated killing[J]. Science, 2018, 359(6377): 770-775.
[7].Patel S J, Sanjana N E, Kishton R J, et al. Identification of essential genes for cancer immunotherapy[J]. Nature, 2017, 548(7669): 537-542.
[8].Miranda D A, Kim J H, Nguyen L N, et al. Fat storage-inducing transmembrane protein 2 is required for normal fat storage in adipose tissue[J]. Journal of Biological Chemistry, 2014, 289(14): 9560-9572.
[9].https://www.utoronto.ca/news/u-t-researchers-identify-genes-enable-cancer-evade-immune-system
本文作者 | BioTalker
腫瘤與免疫系統之間的戰爭真是超複雜