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靶向SRSF10抑制M2巨噬细胞极化并增强肝细胞癌中抗PD-1治疗

期刊:cancer communicationsDOI:10.1002/cac2.12607

近日,一项由复旦大学附属中山医院肝肿瘤研究所蔡佳良、宋丽娜、张峰及吴燚熠作为共同第一作者,戴志作为通讯作者,联合复旦大学遗传工程国家重点实验室、教育部癌变与侵袭原理重点实验室等多家单位完成的研究成果在肿瘤学期刊《Cancer Communications》(2024年,第44卷)上发表。这项题为“靶向SRSF10可能抑制M2巨噬细胞极化并增强肝细胞癌抗PD-1疗法的疗效”的研究,深入揭示了肝细胞癌(HCC)免疫治疗耐药的新机制,并提出了潜在的克服策略,为临床改善肝癌免疫治疗效果带来了新的希望。

研究的学术背景

肝细胞癌是全球发病率排名第六、肿瘤相关死亡率排名第三的恶性肿瘤。手术切除虽能显著提升患者总生存期,但其术后高复发率严重影响了患者的长期预后。近年来,以免疫检查点阻断(ICB)疗法,尤其是针对程序性细胞死亡蛋白-1(PD-1)及其配体(PD-L1)的单克隆抗体疗法,在多种癌症治疗中取得了突破性进展。然而,在HCC治疗中,对PD-1/PD-L1阻断疗法的响应率仍然不足30%,总生存期未有显著改善。这一局限主要源于肿瘤微环境(TME)的异质性及其免疫抑制特性。肿瘤相关巨噬细胞(TAMs)在TME中扮演着关键角色,尤其是具有促肿瘤表型的M2型巨噬细胞,它们通过分泌免疫抑制因子等方式促进免疫逃逸和治疗抵抗。此外,肿瘤细胞的代谢重编程,特别是倾向于有氧糖酵解(“瓦博格效应”),已被证实与免疫逃逸相关,但其直接赋予免疫杀伤抵抗的具体机制尚不完全清楚。丝氨酸/精氨酸富集剪接因子(SRSF)家族在肿瘤发生发展中作用重要,但SRSF10如何调控肿瘤代谢失衡并影响TME尚属未知。因此,本研究旨在阐明SRSF10在HCC免疫治疗中的作用机制,探索其作为生物标志物和治疗靶点的潜力,以期克服HCC的抗PD-1耐药。

详细的研究工作流程

本研究采用了多组学数据分析和多层次实验验证相结合的系统性研究策略,工作流程复杂而严谨,主要包括以下五个阶段。

第一阶段是发现与SRSF10相关的免疫治疗耐药基因。研究团队首先收集了6名接受抗PD-1治疗的HCC患者的肿瘤样本,其中2例为免疫治疗响应者,4例为非响应者,对这些样本进行了单核RNA测序(snRNA-seq)。通过对肿瘤细胞的聚类分析,他们发现与非响应者相比,响应者患者肿瘤细胞中富集了更多与葡萄糖代谢相关的通路。紧接着,研究团队整合了来自癌症基因组图谱(TCGA)和基因表达综合数据库(GEO)的批量RNA测序数据以及患者预后信息,通过三步筛选法(筛选肿瘤高表达基因、与糖酵解强相关基因、具有预后意义的基因),最终锁定丝氨酸/精氨酸富集剪接因子10(SRSF10)作为与糖酵解密切相关的关键候选基因。

第二阶段是验证SRSF10在肿瘤微环境重塑中的作用。研究团队首先通过公开数据库分析确认了SRSF10在包括HCC在内的多种肿瘤中高表达,且与不良预后相关。为了探究其功能,他们构建了SRSF10敲低的鼠源HCC细胞(Hepa1-6-shSRSF10),并将其原位移植到C57BL/6小鼠肝脏中,建立了原位HCC模型。结果显示,与对照组相比,shSRSF10组的原位肿瘤体积显著减小。为了深入解析TME变化,他们对对照和shSRSF10小鼠的HCC肿瘤进行了单细胞RNA测序(scRNA-seq)。分析结果表明,敲低SRSF10后,肿瘤微环境中肿瘤细胞的比例从84%降至59%,而CD4+和CD8+ T细胞则显著富集;相反,对照组肿瘤中则以巨噬细胞和单核细胞为主。这一结果通过多重免疫荧光(MIF)和流式细胞术在皮下HCC模型中也得到了验证:shSRSF10肿瘤中CD8+ T细胞浸润增加,而表达F4/80和CD206的M2型巨噬细胞减少。

第三阶段是阐明SRSF10通过调控巨噬细胞极化影响CD8+ T细胞功能。基于以上发现,研究人员假设SRSF10通过促进M2巨噬细胞极化来抑制CD8+ T细胞的杀伤功能。scRNA-seq数据提示,shSRSF10肿瘤中的巨噬细胞具有更高的M1型评分和更低的M2型评分。体外共培养实验证实,与人(THP-1)或小鼠(骨髓来源巨噬细胞,BMDMs)巨噬细胞共培养后,SRSF10敲低的HCC细胞上清诱导的巨噬细胞中,M2型标志物(如CD206, ARG1)的mRNA和蛋白水平均显著降低,其趋化迁移能力也减弱。更重要的是,通过氯膦酸盐脂质体在体内清除巨噬细胞后,SRSF10敲低对肿瘤生长的抑制作用被完全抵消,这证明了巨噬细胞是SRSF10发挥促瘤作用所必需的。进一步分析发现,shSRSF10肿瘤中的CD8+ T细胞表现出更强的效应功能(高表达GZMB, PRF1等)和“干细胞样”特征(高表达TCF7)。细胞间通讯分析显示,shSRSF10肿瘤中巨噬细胞与CD8+ T细胞之间的免疫促进性趋化因子信号更强。功能实验表明,经对照组肿瘤细胞上清“教育”后的巨噬细胞,能显著抑制CD8+ T细胞的增殖和活化,而这种抑制效应在shSRSF10组中被削弱。

第四阶段是揭示SRSF10通过乳酸-H3K18la轴调控巨噬细胞极化的分子机制。鉴于SRSF10与糖酵解的关联,研究团队推测其可能通过糖酵解产物乳酸来影响巨噬细胞。他们发现,在共培养体系中添加乳酸可以逆转shSRSF10对巨噬细胞M2极化的抑制作用。深入机制探索发现,肿瘤细胞来源的乳酸被运输到巨噬细胞内,诱导了组蛋白H3第18位赖氨酸发生乳酸化修饰(H3K18la)。这种组蛋白修饰作为一种表观遗传调控机制,直接激活了CD206、ARG1、IL10等M2型巨噬细胞特征基因的转录,从而促进了其免疫抑制表型。在肿瘤细胞自身方面,研究团队通过批量RNA测序、非靶向能量代谢测序、细胞外酸化率(ECAR)和乳酸产量检测等一系列实验,证实了SRSF10能正调控糖酵解过程。敲低SRSF10导致糖酵解关键酶(GLUT1, HK1, LDHA)表达下调,细胞内和细胞外乳酸产量下降。

第五阶段是解析SRSF10上游调控糖酵解的具体通路并验证靶向治疗的潜力。为了找到SRSF10如何调控糖酵解,研究人员进行了RNA免疫沉淀测序(RIP-seq),发现SRSF10能与MYB原癌基因的3‘非翻译区(3’UTR)结合。进一步的实验(RNA稳定性检测、紫外交联免疫沉淀CLIP)证明,SRSF10通过与MYB mRNA的3‘UTR相互作用,增强了MYB mRNA的稳定性,从而上调了MYB蛋白的表达。而MYB作为一个转录因子,可以直接结合到GLUT1、HK1、LDHA等糖酵解关键酶的启动子区域,激活它们的转录。这便构成了“SRSF10-MYB-糖酵解”调控轴。更有趣的是,研究还发现肿瘤细胞内累积的乳酸,同样能通过诱导组蛋白H3K18la修饰,进一步上调SRSF10自身的表达,从而在肿瘤细胞内形成了一个“SRSF10/糖酵解/H3K18la”正反馈环路,放大了促癌信号。基于此机制,研究团队在多种临床前模型中测试了靶向SRSF10的疗效。他们使用了一种选择性的SRSF10小分子抑制剂1C8。在鼠源和人源(患者来源的器官样肿瘤球,PDOTs)HCC模型中,1C8单药或与抗PD-1抗体联用,均能有效抑制肿瘤生长,重塑免疫微环境(增加CD8+ T细胞,减少M2巨噬细胞),并显著增强抗PD-1疗法的疗效。临床数据分析也显示,在HCC及其他多种实体瘤(如黑色素瘤、肾癌)的免疫治疗队列中,肿瘤组织高表达SRSF10的患者对免疫治疗的响应率更低,预后更差,提示SRSF10可作为预测免疫治疗耐药的潜在生物标志物。

主要研究结果

本研究取得了一系列环环相扣、逻辑严密的重要结果。1)发现阶段:通过snRNA-seq和数据库联合分析,首次将SRSF10鉴定为与HCC免疫治疗耐药及糖酵解密切相关的核心基因。2)功能验证阶段:体内外实验一致证明,SRSF10高表达促进HCC生长,并塑造一个以M2巨噬细胞浸润增多、CD8+ T细胞功能受抑制为特征的免疫抑制微环境;巨噬细胞清除实验则反向证实了巨噬细胞在该过程中的必要性。3)机制解析阶段(细胞间):阐明了SRSF10通过促进肿瘤细胞糖酵解,产生大量乳酸;乳酸进入巨噬细胞后,诱导组蛋白H3K18la修饰,进而直接激活M2型基因转录,驱动巨噬细胞向免疫抑制表型极化。4)机制解析阶段(肿瘤细胞内):揭示了SRSF10通过结合并稳定MYB mRNA来上调MYB蛋白,MYB进而转录激活GLUT1、HK1、LDHA等基因,促进糖酵解和乳酸生成的完整信号轴;同时发现了肿瘤细胞内由乳酸介导的、通过H3K18la修饰正反馈上调SRSF10表达的环路机制。5)转化应用阶段:证实SRSF10抑制剂1C8能够有效阻断上述通路,在临床前模型中与抗PD-1疗法产生协同抗肿瘤效应;临床数据支持SRSF10作为跨癌种的免疫治疗耐药预测标志物。这些结果层层递进,从现象到机制,从基础到临床,构成了一个完整的故事链。

研究的结论与价值

本研究得出结论:SRSF10/MYB/糖酵解/乳酸轴是HCC触发免疫逃逸和抗PD-1耐药的关键机制。肿瘤细胞中SRSF10的高表达,通过稳定MYB驱动糖酵解亢进,产生过量乳酸。乳酸一方面在肿瘤细胞内形成正反馈环路,维持自身的恶性表型;另一方面“驯化”肿瘤微环境中的巨噬细胞,通过诱导组蛋白乳酸化修饰使其极化为免疫抑制性的M2表型,进而抑制CD8+ T细胞的浸润和功能,最终导致免疫治疗失败。

这项研究的科学价值在于:首次系统阐明了RNA结合蛋白SRSF10在肿瘤代谢-免疫交叉对话中的核心作用,将剪接因子调控、代谢重编程和表观遗传修饰(组蛋白乳酸化)这三个重要的癌症研究领域联系起来,揭示了肿瘤细胞通过“代谢产物-表观遗传”轴远程调控免疫细胞功能的新范式,深化了对肿瘤免疫微环境形成和免疫治疗耐药机制的理解。其应用价值更为突出:研究不仅将SRSF10确立为一个有潜力的预测免疫治疗疗效的生物标志物,更重要的是,通过使用小分子抑制剂1C8在临床前模型中获得成功,为克服HCC乃至其他实体瘤的PD-1耐药提供了全新的、可行的联合治疗策略,具有明确的转化医学前景。

研究的亮点与特色

本研究的亮点突出体现在以下几个方面:1)研究视角新颖:从一个相对研究较少的剪接因子SRSF10入手,巧妙地将其与肿瘤代谢和免疫微环境两大热点领域相结合,切入点独特。2)技术体系全面:整合了单细胞/单核测序、空间多色荧光、多组学(转录组、代谢组)、多种基因工程小鼠模型(皮下、原位、自发)、患者来源类器官模型等前沿技术,形成了从宏观到微观、从人群到分子、从观察到干预的立体化证据链。3)机制解析深入:不仅阐明了SRSF10调控下游糖酵解的分子路径(SRSF10-MYB轴),还发现了肿瘤细胞内由乳酸驱动的表观遗传正反馈环路(SRSF10/糖酵解/H3K18la),以及乳酸介导的、影响巨噬细胞极化的跨细胞表观遗传调控机制(H3K18la激活M2基因),机制研究非常系统和深入。4)转化意义明确:研究并未止步于机制探索,而是进一步开展了药理学干预实验,验证了靶向SRSF10的治疗潜力,并提供了临床相关性数据,实现了从“基础发现”到“潜在疗法”的完整闭环,体现了强烈的转化导向。

其他有价值的内容

此外,研究还包含了一些值得关注的细节。例如,在构建自发HCC小鼠模型时,研究采用了由合作者提供的特定质粒组合,通过水动力学尾静脉注射(HDTVI)技术实现,这是一种高效模拟肝癌发生的常用方法。在数据分析中,研究团队运用了CellChat等软件对细胞间通讯进行推断,为理解免疫细胞互作提供了新的视角。对于临床样本的分析,研究严格区分了免疫治疗响应者与非响应者,并采用了国际通用的iRECIST标准进行评估,保证了临床数据解读的可靠性。这些严谨的实验设计和方法选择,共同支撑了本研究结论的坚实性。

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