通过PD-L1信号诱导的上皮−间质转化预测PD-L1高表达肺癌对免疫检查点抑制剂的响应欠佳

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PD-L1 上皮-间质转化 非小细胞肺癌 免疫检查点抑制剂 生物标志物 肿瘤进展

肿瘤细胞内在PD-L1信号诱导上皮间质转化（EMT）在PD-L1高表达的肺癌中预测免疫检查点抑制剂响应不良

研究背景及动机

在癌症免疫治疗中，程序性死亡配体-1（Programmed Death Ligand-1，简称PD-L1）通过与免疫细胞上的程序性死亡受体-1（Programmed Death-1，PD-1）结合来抑制免疫反应。然而，基于阻断PD-1/PD-L1相互作用的免疫检查点抑制剂（Immune Checkpoint Inhibitors，ICIs）已成为治疗非小细胞肺癌（Non-Small-Cell Lung Cancer，NSCLC）的主要方法之一。尽管PD-L1阳性患者对PD-1/PD-L1阻断的响应率约为40%，但仍需找到更有效的生物标志物来预测ICI治疗的效果。

大量研究关注的是PD-L1的传统细胞外作用，而肿瘤细胞内在的PD-L1信号功能近年来逐渐受到重视，其涉及到癌细胞的生存、侵袭、干性、糖酵解、化疗抗性和DNA损伤反应等多种功能。此外，PD-L1内在功能还与黑色素瘤和结肠癌小鼠模型中的抗PD-1疗法抗性相关。尽管如此，PD-L1在癌症生物学和治疗发展中的细胞内在作用及其机制仍未完全阐明。

上皮间质转化（Epithelial-Mesenchymal Transition，EMT）在癌症进展和转移中起重要作用。PD-L1表达与EMT表型之间的正相关性已在NSCLC、乳腺癌、头颈鳞状细胞癌等多种肿瘤中得到证实。EMT是治疗过程中或治疗后的一种常见现象，暗示着治疗抗性和癌症进展。然而，EMT与免疫治疗之间的关联尚待阐明。因此，本研究旨在探讨肿瘤细胞内在PD-L1信号在NSCLC的EMT和肿瘤进展中的作用，并探索PD-L1诱导的EMT作为ICI疗法的预测生物标志物的可能性。

论文来源

该研究由Hyein Jeong博士等人撰写，来自首尔国立大学癌症研究所、首尔国立大学医学院病理学系、韩国大学九老医院等多所韩国研究机构。该论文发表在《British Journal of Cancer》期刊2024年5月10日在线版，文章标题为“Epithelial−Mesenchymal Transition Induced by Tumor Cell-Intrinsic PD-L1 Signaling Predicts a Poor Response to Immune Checkpoint Inhibitors in PD-L1-High Lung Cancer”。

研究流程

方法和实验设计

  1. 细胞系和试剂：研究使用了多种人类NSCLC细胞系（如A549、H460、H596等）和小鼠肺癌细胞系LLC，通过培养基和胎牛血清进行细胞培养。此外，使用了多种重组蛋白和抗体用于实验，如重组人PD-1、干扰素γ（Interferon-γ，IFNγ）等。

  2. 过表达和基因敲降：通过转染技术将PD-L1表达质粒或PD-L1小干扰RNA（siRNA）导入细胞，并使用lentiviral颗粒生成稳定的细胞系进行实验。在小鼠模型中通过稳定表达或敲降PD-L1的LLC细胞进行体内研究。

  3. RNA测序和基因表达分析：通过RNA提取、RNA测序和基因集合富集分析（GSEA），比较PD-L1过表达和敲降细胞中的基因表达差异，特别关注EMT相关路径。

  4. 实验测定：包括定量实时聚合酶链反应（qRT-PCR）、蛋白质共免疫沉淀（Co-immunoprecipitation）、Western blot、免疫荧光染色和ELISA等方法，用于检测和量化EMT标志物和相关因子的表达。

  5. 体内实验：使用免疫缺陷小鼠模型，通过移植稳定表达或敲降PD-L1的LLC细胞，评估肿瘤生长和转移。

  6. 患者队列分析：通过RNA测序和免疫组织化学（IHC）分析，以234名和90名接受ICI治疗的NSCLC患者为研究对象，评估EMT和PD-L1表达对治疗响应和生存率的影响。

研究结果

  1. PD-L1内在信号促进EMT：RNA测序结果显示，PD-L1过表达的细胞中EMT路径显著富集，EMT标志物如Twist1、ZEB1、Snail、Slug等的表达增加，而上皮标志物E-cadherin则下降。PD-L1敲降的细胞中则相反。

  2. PD-L1与TGF-β生产的关系：研究发现PD-L1通过抑制蛋白磷酸酶PPM1B，激活p38 MAPK并增加TGF-β的生产，从而促进EMT。

  3. 体外实验：PD-L1过表达显著增加了细胞增殖、迁移和侵袭能力，而PD-L1敲降则显著减少了这些能力。

  4. 体内实验：在免疫缺陷小鼠模型中，PD-L1过表达的LLC细胞促使肿瘤生长和肺转移增加，而PD-L1敲降的LLC细胞则减少了这些特性。

  5. EMT与ICI疗效的关系：在患者队列分析中，EMT签名与PD-L1高表达患者中ICI疗效差相关，而在PD-L1低表达患者中无此关联。生存分析显示，EMT评分高的PD-L1高表达患者ICI治疗后的无进展生存期（PFS）较短。

结论与意义

  1. 科学意义：研究揭示了肿瘤细胞内在PD-L1信号通过TGF-β促进EMT的机制，并证明EMT在PD-L1高表达NSCLC患者中的免疫逃逸和治疗抗性相关。

  2. 应用价值：PD-L1诱导的EMT可作为PD-L1高表达NSCLC患者ICI治疗的预测生物标志物，强调了EMT作为潜在治疗靶点以提高免疫治疗效力的重要性。

  3. 研究亮点：该研究首次详细阐明了PD-L1和TGF-β之间的相互作用对EMT的影响，提供了新的机械性见解和潜在治疗策略。

该研究深入探讨了PD-L1内在信号在癌症进展和免疫治疗中的作用，提供了宝贵的理论和实践依据，有望指导未来的临床干预和治疗策略。