原創 生物世界 Bio生物世界 收錄於話題#腫瘤治療51個
撰文｜nagashi
編輯｜王聰
排版｜水成文
腫瘤免疫治療的興起，為人類徹底攻克「萬病之王」——癌症帶來了新的曙光。其中，疫檢查點阻斷療法已成為當今最熱門的免疫療法之一，該療法顯著改變了目前癌症治療的格局，而PD-1/PD-L1免疫阻斷療法正是最典型的代表。
程序性細胞死亡受體（PD-1），是一種重要的免疫抑制分子，它可以下調免疫系統響應從而避免自身免疫病。腫瘤細胞表面的PD-L1與T細胞上的PD-1結合，促使腫瘤細胞獲得免疫逃逸。因此，通過抑制劑來抑制二者之間的結合，能夠使得T細胞正常殺傷並清除腫瘤細胞。
PD-1/PD-L1免疫阻斷療法
因此，長期以來，PD-L1一直被廣泛描述為PD-1的膜結合配體。但出人意料的是，最新的一項研究卻發現了PD-L1不為人所知的新作用，它能夠結合DNA，從而控制與逃避免疫監視或腫瘤微環境炎症相關的不同途徑。
該研究以 Acetylation-dependentregulation of PD-L1 nuclear translocation dictates the efficacy of anti-PD-1 immunotherapy 為題，發表在Nature Cell Biology 雜誌，由哈佛醫學院、中國西安交通大學第一附屬醫院以及日本東京醫科齒科大學等研究機構聯合完成。
免疫檢查點阻斷療法已經極大地改善了多種人類癌症的臨床預後，但不得不說的是，免疫系統是精密而複雜的，人類對它的認知還十分匱乏。更深入地了解免疫檢查點通路的調控機制，將有助於我們解決在患者中觀察到的低應答率和缺乏長期治療效果等遺留問題。
在癌症背景下，PD-L1通常在腫瘤細胞上高表達，從而逃避免疫監控，但也有報導稱，PD-L1高表達可使腫瘤細胞對PD-1/PD-L1抑制劑更敏感。此外，有研究發現，在人類結腸直腸癌和前列腺癌中，細胞核PD-L1的表達與不良預後相關。
這些研究事實表明，PD-L1的功能可能十分複雜多樣，而非此前我們認為的、僅僅是PD-1的膜結合配體。
PD-L1 C端尾部的乙醯化
在此項研究中，研究團隊發現了PD-L1新的功能作用和調控機制。具體來說，他們證明PD-L1在其C端（胞質側）尾部上被p300酶乙醯化，而其他乙醯轉移酶沒有促進PD-L1的乙醯化，且當PD-L1 C端尾部缺失時乙醯化消失。
緊接著，通過對PD-L1 C端尾部的5個賴氨酸殘基進行突變，研究人員確定K263是PD-L1 C端尾部上唯一被p300乙醯化的殘基。Yang Gao等進一步研究了哪些酶可能介導PD-L1去乙醯化，他們發現組蛋白去乙醯化酶2 (HDAC2)的藥理和遺傳缺失增強了PD-L1的乙醯化。
PD-L1 C端尾部結構域和胺基酸殘基的示意圖
除此之外，研究者還在人和小鼠癌細胞系的細胞核和細胞骨架中檢測到PD-L1。他們發現，當PD-L1 C端尾部缺失和HDAC2處理時，PD-L1在細胞核的分布將減少，這表明PD-L1的去乙醯化可能阻止了其向細胞核的易位。
探索PD-L1核易位的分子途徑
基於上述這些發現，研究團隊將工作重點轉移到探索PD-L1核易位的分子機制上。最初，質譜分析鑑定出多種PD-L1相互作用分子，包括內吞作用和核轉運蛋白，以及亨廷頓相互作用蛋白1相關蛋白（HIP1R）。
研究人員注意到PD-L1乙醯化降低了HIP1R與PD-L1的相互作用，並且在HIP1R敲除細胞中，核PD-L1顯著降低，這表明該蛋白可能在PD-L1向細胞核轉移的過程中發揮重要作用。
去乙醯化依賴的PD-L1核易位促進腫瘤免疫逃避
事實上，研究團隊發現HIP1R可以被貨物接頭蛋白識別，從而誘導網格蛋白介導的內吞作用，PD-L1與中間絲蛋白Vimentin識別，可使其通過細胞骨架轉運至細胞核，然後核轉運蛋白（importins）介導其核易位。
細胞核內PD-L1的雙重作用
RNA-seq和ChIP-seq分析表明，細胞核內的PD-L1可以與DNA結合，並作為基因轉錄的調節因子。
通過RNA-seq分析，研究人員發現在PD-L1敲除細胞中發現了PD-L1 ChIP-seq峰基因和差異表達基因之間存在較大的重疊。PD-L1敲除細胞中下調的基因具有PD-L1重合峰，並且發現多種轉錄因子具有全新的PD-L1特異性結合基序。
這一結果支持了PD-L1依賴的基因表達是通過PD-L1與DNA或與DNA結合的轉錄因子相互作用介導的。
通過遺傳或藥理學方法抑制PD-L1的乙醯化，可以防止其核易位，促進免疫基因的重編程。基於此，研究人員結合抗PD-1/PD-L1治療和HDAC2抑制劑，以此抑制PD-L1核易位，並在小鼠腫瘤模型取得成功的治療結果。
與此同時，本研究還報導了核PD-L1能夠上調腫瘤細胞的PD-L2和VISTA等免疫檢查點基因，從而促進腫瘤細胞對PD1/PD-L1阻斷療法的耐藥性的產生。此外，核PD-L1似乎還能強烈誘導免疫應答相關基因，包括Ⅰ型和Ⅱ型幹擾素信號通路、NF-kB信號通路和抗原呈遞通路。
這些結果表明，核PD-L1可能增加腫瘤微環境的炎症反應，促進新抗原遞呈，同時也促進抗腫瘤免疫逃逸。
模式圖顯示核PD-L1如何通過影響免疫相關基因的表達來增強免疫治療反應
簡而言之，核PD-L1具有複雜的雙重作用，既可以促進腫瘤發生，也能抑制腫瘤免疫逃逸。這種雙重作用引發了核PD-L1控制其轉錄調節活性的機制問題。然而，事實上，究竟是什麼決定了PD-L1刺激某種通路而不是另一種通路，還有待闡明。
結語
綜上所述，這項研究闡明了PD-L1核定位的乙醯化依賴調節，使人們對PD-L1途徑有了更深入的了解。十分有趣的是，研究人員還揭示了核PD-L1對腫瘤的雙重作用，其參與促炎通路和免疫檢查點基因控制可能對免疫檢查點阻斷療法和HDAC抑制劑的使用有重要的指導意義。
雖然還需要更多的研究來更好地理解調控核PD-L1活性的機制以及它與腫瘤侵襲性的關係，但不得不說的是，這項研究是解開這個謎題的一個重要部分。
參考資料：
1、https://doi.org/10.1038/s41556-020-0562-4
2、https://doi.org/10.1038/s41556-020-0568-y
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