研究发现癌细胞脱落的一种分子能帮肿瘤构建免疫逃逸系统
2021-11-11 12:00:00
文章摘要：近日，由乔治·华盛顿大学的Li Rong和德克萨斯大学的An Zhiqiang等领衔的研究团队，在顶级期刊《自然》发表重磅研究成果。他们发现，在癌症进展过程中，一种被称为DDR1的分子会释放其胞外结
近日，由乔治·华盛顿大学的Li Rong和德克萨斯大学的An Zhiqiang等领衔的研究团队，在顶级期刊《自然》发表重磅研究成果。他们发现，在癌症进展过程中，一种被称为DDR1的分子会释放其胞外结构，组织胶原纤维在肿瘤周边形成致密的免疫屏蔽结构，阻止免疫细胞进入肿瘤。而特异性抑制DDR1胞外结构的活性，免疫细胞可以渗入肿瘤，并杀死里面的癌细胞。
An Zhiqiang等认为，发现DDR1在癌症耐药性中的重要作用是一项重大进展，有可能改变癌症治疗途径。
在三阴性乳腺癌（TNBC）等多种恶性肿瘤中，免疫排斥与患者的不良预后有关。已经有很多研究表明，细胞外基质（ECM）有助于免疫排斥的发生。然而，减少ECM的策略要么无效，要么会产生不希望看到的结果。
Li Rong团队注意到，有一个叫做盘状结构域受体1（DDR1）的受体酪氨酸激酶，它的表达增加与包括乳腺癌在内的多种癌症的进展相关。遗憾的是，DDR1促进肿瘤进展和转移的机制，还知之甚少。不过，我们知道的是，DDR1在细胞的黏附，增殖及细胞外基质的重塑中起重要作用。
因此Li Rong团队将DDR1作为研究的重点。
为了研究DDR1的促癌机制，Li Rong团队在三种TNBC小鼠模型（E0771、M-Wnt和AT-3）中，特异性删除了Ddr1基因。
他们发现，Ddr1的敲除（KO）不损害癌细胞在体外的增殖，也不影响癌细胞在免疫缺陷宿主体内生长。不过，Ddr1-KO肿瘤在免疫功能正常的宿主体内不能生长。如果耗尽CD8+细胞的话，Ddr1-KO肿瘤就能正常生长，长势与对照的野生型（Ddr1-WT）肿瘤一样旺盛。
还有个让研究人员意外的发现是：将CD8+ T细胞分别转移到免疫缺陷的荷瘤小鼠体内，与野生型Ddr1-WT肿瘤相比，更多的CD8+ T细胞浸润到了Ddr1-KO肿瘤中。而且，原本在免疫缺陷鼠身上一样茁壮生长的Ddr1-KO和Ddr1-WT肿瘤，变得大小不一样了，Ddr1-KO明显变小了。
这些结果表明，DDR1阻碍了小鼠的抗肿瘤免疫能力。
进一步的分析之后，Li Rong团队发现，原来DDR1仅仅是阻碍了T细胞的浸润，而不是影响T细胞的增殖或细胞毒性功能。更直观地看，Ddr1-WT肿瘤将CD8+ T细胞拒之门外，更多的CD8+ T细胞聚集在肿瘤的边缘；而Ddr1-KO肿瘤的核心被更多的CD8+ T细胞渗透、浸润。这进一步证明：DDR1限制了T细胞的浸润。
为了验证以上的发现，Li Rong团队又分析了一些临床样本。他们发现，与肿瘤边缘相比，DDR1水平高的肿瘤内部的CD8+ T细胞丰度较低。相比之下，DDR1低的肿瘤在肿瘤核心和肿瘤边缘的CD8+ T细胞丰度方面没有任何明显的差异。
而且，当这个队列按核心和边缘的相对CD8+ T细胞密度分层时，所有具有免疫排斥表型的肿瘤都是DDR1水平高，而大多数非免疫排斥的肿瘤是DDR1水平低。
这些临床数据共同支持了他们的临床前发现：DDR1排除了抗肿瘤免疫细胞。
那么CD8+ T细胞为啥不能进到DDR1高水平的肿瘤内部呢？
Li Rong团队打算从头捋起。
一般来讲，CD8+ T细胞浸润肿瘤有三关：血管外渗、肿瘤诱导的趋化作用和穿越细胞外基质（ECM）。
将Ddr1-WT肿瘤和Ddr1-KO肿瘤对比一番之后，Li Rong和他的同事发现：二者的血管无甚差异；肿瘤本身除了DDR1水平之外，在趋化因子和抗原等方面也没有差异。
为了进一步挖掘信息，研究人员甚至还比较了Ddr1-WT肿瘤和Ddr1-KO肿瘤，分别在免疫缺陷小鼠、免疫正常小鼠和体外条件下的转录组差异。
汇总所有的信息之后，Li Rong和他的同事发现，所有的信息似乎都指向了肿瘤基质细胞。或许该研究研究DDR1缺失对这个群体的影响了。
遗憾的是，他们没有发现DDR1缺失对肿瘤基质细胞有显着的影响。看来还是得回到DDR1本身。
前面我们介绍过，DDR1是一个跨膜的受体酪氨酸激酶，它的胞外结构域（DDR1-ECD）能与胶原蛋白结合，触发下游的信号传导事件。既然毫无头绪，那就一点点研究DDR1的各部分功能。
Li Rong团队注意到，在Ddr1-KO肿瘤中表达全长的DDR1或删除了激酶结构域的DDR1（ΔKD），都能恢复Ddr1-KO肿瘤在免疫正常小鼠体内的生长。值得注意的是，同时缺乏跨膜和激酶结构域的DDR1-ECD，竟然也能支持Ddr1-KO肿瘤的生长。
不难看出，DDR1结合胶原蛋白的能力，极有可能是促进肿瘤生长的关键。
为了确认这一发现，Li Rong和他的同事给DDR1-ECD引入基因突变。他们发现，那些没有损害DDR1-ECD结合胶原蛋白能力的变异，不会损害DDR1-ECD促进肿瘤生长的能力；而破坏了DDR1-ECD结合胶原蛋白能力的变异，会导致DDR1-ECD促进肿瘤生长的能力大幅下降。
总的来说，以上数据表明，DDR1的胶原蛋白结合能力——而不是其激酶活性——是促进肿瘤在免疫能力强的小鼠体内生长所必需的。
那么DDR1的胞外结构域（DDR1-ECD）又是如何帮助肿瘤屏蔽免疫细胞的呢？
这个时候，Li Rong和他的同事注意到，之前已经有研究发现表达DDR1的细胞会脱落DDR1-ECD，而且多聚体形式的DDR1-ECD能重塑胶原纤维。
但是这一现象的生物学意义仍不为人知。或许这就是突破口。
通过进一步观察，Li Rong团队发现，Ddr1-WT肿瘤边缘的胶原纤维长而整齐，而Ddr1-KO肿瘤的胶原纤维短、不整齐，且分散。神奇的是，在免疫缺陷小鼠身上，Ddr1-WT肿瘤和Ddr1-KO肿瘤的胶原纤维，无论是长度还是排列都没有差异。这意味着胶原纤维的这种变化，是肿瘤与免疫系统之间交战的结果。
随后，Li Rong和他的同事发现，瘤内注射正常的DDR1胞外结构域能增强胶原蛋白纤维的排列，抑制免疫细胞浸润；而注射DDR1胞外结构域的功能缺失突变体就没有这个效果。
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An Zhiqiang等认为，发现DDR1在癌症耐药性中的重要作用是一项重大进展，有可能改变癌症治疗途径。
在三阴性乳腺癌（TNBC）等多种恶性肿瘤中，免疫排斥与患者的不良预后有关。已经有很多研究表明，细胞外基质（ECM）有助于免疫排斥的发生。然而，减少ECM的策略要么无效，要么会产生不希望看到的结果。
Li Rong团队注意到，有一个叫做盘状结构域受体1（DDR1）的受体酪氨酸激酶，它的表达增加与包括乳腺癌在内的多种癌症的进展相关。遗憾的是，DDR1促进肿瘤进展和转移的机制，还知之甚少。不过，我们知道的是，DDR1在细胞的黏附，增殖及细胞外基质的重塑中起重要作用。
因此Li Rong团队将DDR1作为研究的重点。
为了研究DDR1的促癌机制，Li Rong团队在三种TNBC小鼠模型（E0771、M-Wnt和AT-3）中，特异性删除了Ddr1基因。
他们发现，Ddr1的敲除（KO）不损害癌细胞在体外的增殖，也不影响癌细胞在免疫缺陷宿主体内生长。不过，Ddr1-KO肿瘤在免疫功能正常的宿主体内不能生长。如果耗尽CD8+细胞的话，Ddr1-KO肿瘤就能正常生长，长势与对照的野生型（Ddr1-WT）肿瘤一样旺盛。
还有个让研究人员意外的发现是：将CD8+ T细胞分别转移到免疫缺陷的荷瘤小鼠体内，与野生型Ddr1-WT肿瘤相比，更多的CD8+ T细胞浸润到了Ddr1-KO肿瘤中。而且，原本在免疫缺陷鼠身上一样茁壮生长的Ddr1-KO和Ddr1-WT肿瘤，变得大小不一样了，Ddr1-KO明显变小了。
这些结果表明，DDR1阻碍了小鼠的抗肿瘤免疫能力。
进一步的分析之后，Li Rong团队发现，原来DDR1仅仅是阻碍了T细胞的浸润，而不是影响T细胞的增殖或细胞毒性功能。更直观地看，Ddr1-WT肿瘤将CD8+ T细胞拒之门外，更多的CD8+ T细胞聚集在肿瘤的边缘；而Ddr1-KO肿瘤的核心被更多的CD8+ T细胞渗透、浸润。这进一步证明：DDR1限制了T细胞的浸润。
为了验证以上的发现，Li Rong团队又分析了一些临床样本。他们发现，与肿瘤边缘相比，DDR1水平高的肿瘤内部的CD8+ T细胞丰度较低。相比之下，DDR1低的肿瘤在肿瘤核心和肿瘤边缘的CD8+ T细胞丰度方面没有任何明显的差异。
而且，当这个队列按核心和边缘的相对CD8+ T细胞密度分层时，所有具有免疫排斥表型的肿瘤都是DDR1水平高，而大多数非免疫排斥的肿瘤是DDR1水平低。
这些临床数据共同支持了他们的临床前发现：DDR1排除了抗肿瘤免疫细胞。
那么CD8+ T细胞为啥不能进到DDR1高水平的肿瘤内部呢？
Li Rong团队打算从头捋起。
一般来讲，CD8+ T细胞浸润肿瘤有三关：血管外渗、肿瘤诱导的趋化作用和穿越细胞外基质（ECM）。
将Ddr1-WT肿瘤和Ddr1-KO肿瘤对比一番之后，Li Rong和他的同事发现：二者的血管无甚差异；肿瘤本身除了DDR1水平之外，在趋化因子和抗原等方面也没有差异。
为了进一步挖掘信息，研究人员甚至还比较了Ddr1-WT肿瘤和Ddr1-KO肿瘤，分别在免疫缺陷小鼠、免疫正常小鼠和体外条件下的转录组差异。
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遗憾的是，他们没有发现DDR1缺失对肿瘤基质细胞有显着的影响。看来还是得回到DDR1本身。
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Li Rong团队注意到，在Ddr1-KO肿瘤中表达全长的DDR1或删除了激酶结构域的DDR1（ΔKD），都能恢复Ddr1-KO肿瘤在免疫正常小鼠体内的生长。值得注意的是，同时缺乏跨膜和激酶结构域的DDR1-ECD，竟然也能支持Ddr1-KO肿瘤的生长。
不难看出，DDR1结合胶原蛋白的能力，极有可能是促进肿瘤生长的关键。
为了确认这一发现，Li Rong和他的同事给DDR1-ECD引入基因突变。他们发现，那些没有损害DDR1-ECD结合胶原蛋白能力的变异，不会损害DDR1-ECD促进肿瘤生长的能力；而破坏了DDR1-ECD结合胶原蛋白能力的变异，会导致DDR1-ECD促进肿瘤生长的能力大幅下降。
总的来说，以上数据表明，DDR1的胶原蛋白结合能力——而不是其激酶活性——是促进肿瘤在免疫能力强的小鼠体内生长所必需的。
那么DDR1的胞外结构域（DDR1-ECD）又是如何帮助肿瘤屏蔽免疫细胞的呢？
这个时候，Li Rong和他的同事注意到，之前已经有研究发现表达DDR1的细胞会脱落DDR1-ECD，而且多聚体形式的DDR1-ECD能重塑胶原纤维。
但是这一现象的生物学意义仍不为人知。或许这就是突破口。
通过进一步观察，Li Rong团队发现，Ddr1-WT肿瘤边缘的胶原纤维长而整齐，而Ddr1-KO肿瘤的胶原纤维短、不整齐，且分散。神奇的是，在免疫缺陷小鼠身上，Ddr1-WT肿瘤和Ddr1-KO肿瘤的胶原纤维，无论是长度还是排列都没有差异。这意味着胶原纤维的这种变化，是肿瘤与免疫系统之间交战的结果。
随后，Li Rong和他的同事发现，瘤内注射正常的DDR1胞外结构域能增强胶原蛋白纤维的排列，抑制免疫细胞浸润；而注射DDR1胞外结构域的功能缺失突变体就没有这个效果。
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