QDPR缺乏驱动胰腺癌中的免疫抑制
背景介绍
胰腺导管腺癌（Pancreatic Ductal Adenocarcinoma，PDAC）是一种具有高度免疫抑制性肿瘤微环境（Tumor Microenvironment，TME）的恶性肿瘤，对免疫检查点抑制（Immune Checkpoint Blockade，ICB）治疗具有较强的抵抗力，例如抗PD-1和抗CTLA-4治疗。肿瘤来源的髓源性抑制细胞（Myeloid-Derived Suppressor Cells，MDSCs）在肿瘤免疫抑制中起着关键作用，并导致包括PDAC在内的癌症的ICB抵抗。揭示这种免疫抑制机制将为增加ICB治疗效果提供新的策略。生物喋呤（Biopterin）代谢影响肿瘤的免疫环境，而生物喋呤代谢途径中关键酶二氢蝶呤还原酶（QDPR）的缺乏可能会造成ICB抵抗。
论文来源
论文由刘吉、何孝伟、邓双等多位研究者撰写，来自中山大学癌症中心、广东省临床研究中心等多个研究机构。论文发表于2024年5月7日的Cell Metabolism期刊。
研究工作流
在本研究中，作者研究了QDPR缺乏如何通过生物喋呤代谢途径导致胰腺癌的免疫抑制和ICB治疗抵抗。
细胞和动物模型的建立
- 建立了基因敲除小鼠模型：通过使用腺相关病毒（AAV）-shQDPR系统在胰腺特异性地敲低QDPR表达。
- 建立了人类和小鼠的胰腺癌细胞系：使用CRISPR/Cas9技术进行QDPR基因敲除和过表达。
代谢和免疫特征分析
- 研究了QDPR缺乏如何导致胰腺癌细胞内的双氢生物喋呤（BH2）积累，并减少四氢生物喋呤（BH4）/BH2比例，进而影响一氧化氮合酶的功能，导致活性氧（ROS）水平增加。
- 分析了QDPR缺乏对肿瘤微环境中MDSCs和CD8+ T细胞的影响。
基因表达与表观基因组分析
- 使用单细胞RNA测序（scRNA-seq）和染色质免疫共沉淀（ChIP）技术分析了免疫抑制分子的表达和表观基因组变化，特别关注H3K27me3的分布变化及其对CXCL1基因表达的调控作用。
肿瘤免疫和ICB治疗效果研究
- 探讨了BH4补充是否可以恢复BH4/BH2比例，增强抗肿瘤免疫力，从而克服QDPR缺乏引起的ICB抵抗。
主要研究结果
QDPR缺乏与胰腺癌预后
- QDPR在胰腺癌患者中的表达水平显著低于正常组织，且其表达水平与患者的病理分级和生存时间呈负相关。
- 在QDPR敲除的小鼠模型中，肿瘤生长加速，且胰腺上皮内肿瘤（PanIN）病变和髓样细胞显著增加，而CD8+ T细胞显著减少。
免疫抑制微环境的建立
- QDPR缺乏导致肿瘤微环境中免疫抑制性MDSCs的积累和CD8+ T细胞的功能失调，这主要依赖于CXCL1/CXCR2轴。QDPR缺乏下的胰腺癌细胞通过分泌CXCL1招募更多的MDSCs，从而抑制抗肿瘤免疫反应。
表观基因组调控
- QDPR缺乏引起的BH2积累通过诱导ROS生成，减少H3K27me3在CXCL1启动子上的分布，导致CXCL1基因表达上调。表观基因组和染色质开放性分析显示，QDPR缺乏显著减少了CXCL1启动子的H3K27me3水平，并增加了染色质的开放性。
ICB治疗抵抗
- QDPR缺乏的PDAC对ICB治疗表现出显著的抵抗。这主要归因于MDSCs的积累和CD8+ T细胞的减少及功能抑制。
BH4补充的治疗效果
- BH4补充可以恢复QDPR缺乏引起的BH4/BH2比例失调，降低ROS生成，增加H3K27me3水平，抑制CXCL1表达，减少MDSCs的招募，提高CD8+ T细胞的数量和功能，从而克服ICB治疗抵抗。
- 合并使用BH4和ICB治疗在小鼠模型中展示出显著的抗肿瘤效果，显著抑制了QDPR缺乏PDAC的生长，并显著延长了小鼠的生存时间。
结论
研究表明，QDPR缺乏通过影响生物喋呤代谢通路，引发ROS生成和表观基因组改变，导致胰腺癌的免疫抑制和ICB治疗抵抗。BH4补充可恢复BTM，增强抗肿瘤免疫反应，从而克服ICB抵抗。该研究为改善ICB治疗效果提供了新的策略，并指出QDPR可作为ICB治疗的预测生物标志物。
研究亮点
- QDPR在胰腺癌中的缺乏与差的预后相关。
- QDPR缺乏导致的BH4/BH2比例失调通过ROS生成影响H3K27me3水平，促进CXCL1表达，从而招募MDSCs，抑制CD8+ T细胞功能。
- BH4补充治疗可以逆转QDPR缺乏引起的免疫抑制，增强ICB治疗效果。
- 提出了QDPR可作为ICB治疗的预测生物标志物，并提供了结合BH4补充的新的联合治疗策略。
这一研究为胰腺癌的免疫治疗提供了新的视角，并为未来的治疗策略开发提供了科学依据。