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作者及发表信息
本研究由Ying Zhang、Pourya Naderi Yeganeh、Haiwei Zhang、Simon Yuan Wang、Zhouyihan Li、Bowen Gu、Dian-Jang Lee、Zhibin Zhang、Athanasios Ploumakis、Ming Shi、Hao Wu、Eric Lieberman Greer、Winston Hide和Judy Lieberman等作者共同完成。研究发表在Nature Immunology期刊上，于2024年7月13日在线发表。
学术背景
该研究聚焦于肿瘤免疫编辑（tumor immunoediting）这一科学领域，旨在探讨肿瘤细胞如何通过基因表达编辑来逃避免疫监视。尽管免疫疗法在某些癌症中取得了成功，但大多数实体肿瘤对当前的免疫疗法无反应。肿瘤在早期形成过程中会通过基因突变、扩增、删除或表观遗传修饰等方式编辑其基因表达，从而逃避免疫系统的识别和清除。然而，关于肿瘤在早期形成过程中基因编辑的全基因组研究仍然缺乏。本研究利用单细胞RNA测序（single-cell RNA sequencing, scRNA-seq）技术，旨在无偏倚地识别在早期肿瘤形成过程中被编辑的基因，并探讨这些编辑如何影响肿瘤免疫微环境（tumor microenvironment, TME）和免疫细胞的浸润。
研究流程
- 实验模型构建：研究使用了一种遗传工程小鼠模型（genetically engineered mouse model, GEMM），该模型通过诱导表达HER2基因的缺失外显子16（ERBB2Δex16）来模拟乳腺癌的发生。小鼠在诱导后5-10天（早期肿瘤）和30-35天（晚期肿瘤）分别被采集肿瘤组织进行单细胞RNA测序分析。
- 单细胞RNA测序：从早期和晚期肿瘤中分别提取细胞，进行单细胞RNA测序。测序数据通过Seurat软件进行质量控制和分析，最终对24,798个细胞和20,499个基因进行了无监督聚类和注释。
- 基因表达分析：通过线性模型（MAST）分析早期和晚期肿瘤细胞之间的差异表达基因（differentially expressed genes, DEGs）。研究发现，晚期肿瘤中229个基因表达下调，128个基因表达上调，其中下调的基因主要与先天免疫和干扰素刺激基因（interferon-stimulated genes, ISGs）相关。
- DNA甲基化抑制实验：为了验证DNA甲基化在肿瘤免疫编辑中的作用，研究使用低剂量的地西他滨（decitabine, DAC）处理晚期肿瘤小鼠，观察其对肿瘤生长和免疫细胞浸润的影响。
- 免疫细胞功能分析：通过流式细胞术和RT-qPCR等技术，分析地西他滨处理后肿瘤浸润淋巴细胞（tumor-infiltrating lymphocytes, TILs）的数量、功能性和记忆性变化，以及髓系抑制细胞（myeloid-derived suppressor cells, MDSCs）的数量变化。
主要结果
- 肿瘤基因编辑的免疫抑制作用：研究发现，晚期肿瘤中许多与先天免疫和适应性免疫相关的基因被显著下调，尤其是干扰素刺激基因（ISGs）。这些基因的下调导致肿瘤免疫微环境中免疫细胞的浸润减少，肿瘤与免疫细胞之间的通讯也被抑制。
- DNA甲基化抑制逆转免疫编辑：低剂量的地西他滨处理显著抑制了肿瘤生长，并恢复了免疫控制。地西他滨通过抑制DNA甲基化，上调了干扰素、焦亡（pyroptosis）和坏死性凋亡（necroptosis）相关基因的表达，从而增强了肿瘤的免疫原性。
- 免疫细胞功能的变化：地西他滨处理增加了肿瘤浸润淋巴细胞的数量和功能性，特别是CD8+ T细胞和自然杀伤细胞（NK cells）的活性。同时，髓系抑制细胞的数量显著减少，进一步增强了肿瘤的免疫控制。
结论
该研究揭示了肿瘤在早期形成过程中通过基因编辑逃避免疫监视的机制，特别是通过表观遗传修饰（如DNA甲基化）来抑制免疫相关基因的表达。低剂量的地西他滨能够逆转这一过程，恢复肿瘤的免疫原性，从而增强免疫系统对肿瘤的控制。这一发现为开发新的免疫疗法提供了理论基础，特别是针对那些对当前免疫疗法无反应的实体肿瘤。
研究亮点
- 单细胞RNA测序技术的应用：研究首次在肿瘤早期形成过程中使用单细胞RNA测序技术，无偏倚地识别了被编辑的基因，为理解肿瘤免疫编辑提供了新的视角。
- DNA甲基化抑制的免疫增强作用：研究发现低剂量的地西他滨能够通过抑制DNA甲基化，恢复肿瘤的免疫原性，这一发现为开发新的免疫疗法提供了潜在的治疗策略。
- 肿瘤免疫微环境的深入分析：研究详细分析了肿瘤免疫微环境中免疫细胞的变化，特别是T细胞和NK细胞的功能性变化，为理解肿瘤免疫逃逸机制提供了新的见解。
其他有价值的内容
研究还探讨了不同类型细胞死亡（如焦亡和坏死性凋亡）在肿瘤免疫中的作用，发现这些细胞死亡途径在肿瘤免疫编辑中并未显著改变，但在某些肿瘤类型中可能发挥重要作用。此外，研究还提出了未来研究方向，如在不同肿瘤模型中进一步验证这些发现，并探索其他表观遗传修饰在肿瘤免疫逃逸中的作用。
这项研究通过先进的单细胞技术和表观遗传学方法，深入揭示了肿瘤免疫编辑的机制，并为开发新的免疫疗法提供了重要的理论依据。