【学术前沿】杨硕/胡志斌/王曦/王冰微课题组揭示固有免疫细胞焦亡调节肿瘤免疫新机制

2022年10月25日，南京医科大学杨硕/胡志斌/王曦和南京中医药大学王冰微合作，在Cell Reports杂志发表了题为“Gasdermin D restricts anti-tumor immunity during PD-L1 checkpoint blockade”的研究论文，报道了GSDMD介导的固有免疫细胞焦亡对肿瘤免疫的影响及其作用机制，为GSDMD/PD-L1检查点阻断联合治疗提供了新线索。

肿瘤微环境（TME）包含众多固有和适应性免疫细胞这些免疫细胞相互作用，相互调节，形成独特的免疫微环境，影响肿瘤的发生、发展以及对免疫疗法的响应[1, 2]。TME 中细胞毒性 CD8+ T 细胞（CTL）对于肿瘤细胞的抑制和清除至关重要，然而受肿瘤微环境影响，CD8+ T 细胞往往处于无能和耗竭状态，不能被有效激活，影响了抗肿瘤免疫作用的发挥[3]。因此，了解限制CD8+ T 细胞抗肿瘤免疫作用的关键因素和调控机制对于我们理解肿瘤免疫微环境中CD8+ T细胞失能机理，进而开发新的抗肿瘤免疫治疗策略将有重要意义。

目前已知肿瘤抗原持续刺激会诱导CD8+ T细胞处于耗竭状态，耗竭CD8+ T细胞高表达免疫检查点抑制性受体，如TIM-3，LAG-3，TIGIT以及PD-1等，影响CD8+ T细胞的肿瘤杀伤效应[4]。然而处于耗竭状态的CD8+ T细胞存在异质性，其中TCF-1阳性的耗竭前体细胞高表达PD-1分子，并保持增殖记忆干性和向功能效应细胞分化的潜能，在PD-1/PD-L1检查点阻断作用下，可以逆转分化为功能杀伤细胞，发挥抗肿瘤免疫作用，因此，PD-1/PD-L1检查点阻断是许多癌症的一线免疫治疗方法[5]。尽管如此，仍有大量患者对抗PD-1/PD-L1疗法没有反应，提示CD8+ T 细胞效应功能下降可能还存在其他重要调控机制，阐明相关限制机制对于提高检查点阻断疗法效果将有重要帮助。

Gasdermin家族蛋白介导的细胞焦亡对众多免疫炎症疾病发生有着重要作用[6]。最近研究发现细胞焦亡也广泛参与抗肿瘤免疫反应。有报道苯丙硼氨酸偶联活性GSDMA3蛋白，可在肿瘤原位引发肿瘤细胞焦亡，进而促进抗肿瘤免疫[7]；此外，有研究表明GSDMB/E介导的肿瘤细胞焦亡可促进细胞毒淋巴细胞杀伤过程中的抗肿瘤免疫[8, 9]。因此，目前已有相当多研究报道了Gasdermins家族蛋白在肿瘤细胞中诱导细胞焦亡和调控肿瘤免疫的作用。然而，作为最早发现的免疫细胞焦亡在调节抗肿瘤免疫和CD8+T细胞反应中的作用目前尚不清楚。

在本项研究中，研究人员发现与其他Gasdermin家族分子相比，Gasdermin D（GSDMD）主要表达于固有免疫抗原呈递细胞（APC），并且在TCGA数据库所能收集到的所有癌症中，其表达与免疫检查点相关分子基因集成正相关性，且GSDMD高表达与肿瘤病人不良预后相关。通过GSDMD条件性敲除小鼠和肿瘤模型实验，研究人员发现APC 中的 GSDMD缺失可显著提高PD-L1阻断介导的CD8+ T细胞抗肿瘤免疫。单细胞转录组测序分析发现APC中GSDMD的缺失增强了干扰素刺激基因（ISG）集，并以cGAS依赖性方式促进APC细胞的抗原提呈能力，进而增强CD8+ T细胞活化和抗肿瘤免疫。同时，研究人员发现GSDMD调控APC细胞ISG表达依赖于焦亡打孔效应，并部分由上游AIM2炎症小体激活诱导。此外，使用富马酸二甲酯（DMF）或mTOR抑制剂阻碍 GSDMD激活和焦亡打孔可显著提高PD-L1抗体阻断的抗肿瘤免疫治疗效果。因此，本研究首次将焦亡效应分子GSDMD鉴定为在肿瘤微环境中影响CD8+ T细胞抗肿瘤效应的限制因子，揭示了免疫细胞焦亡效应在调节CD8+T细胞和抗肿瘤免疫反应中的重要作用和机制，进一步突出了Gasdermin家族蛋白在抗肿瘤免疫中的重要角色，并且本研究还提示了DMF/PD-L1联合抑制在肿瘤免疫治疗中的潜在应用价值。

南京医科大学基础医学院和生殖医学国家重点实验室博士研究生姜玉莹，博士研究生杨勇兵和姑苏学院博士后胡颖超为本文的共同第一作者，南京医科大学杨硕教授、胡志斌教授、王曦教授以及南京中医药大学王冰微教授为本文的共同通讯作者。北京生命科学研究所邵峰研究员，北京大学蒋争凡教授，中国科学院周嘉伟研究员以及中国科学院许琛琦研究员为本研究提供了支持和帮助，特此感谢。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.celrep.2022.111553

(素材提供/杨硕课题组)

参考文献：

1.Feng, M., et al., Phagocytosis checkpoints as new targets for cancer immunotherapy. Nature Reviews Cancer, 2019. 19(10): p. 568-586.

2.Zhang, Y. and Z. Zhang, The history and advances in cancer immunotherapy: understanding the characteristics of tumor-infiltrating immune cells and their therapeutic implications. Cellular & molecular immunology, 2020. 17(8): p. 807-821.

3. Wherry, E.J. and M. Kurachi, Molecular and cellular insights into T cell exhaustion. Nature Reviews Immunology, 2015. 15(8): p. 486-499.

4.Thommen, D.S., et al., A transcriptionally and functionally distinct PD-1+ CD8+ T cell pool with predictive potential in non-small-cell lung cancer treated with PD-1 blockade. Nature medicine, 2018. 24(7): p. 994-1004.

5.Siddiqui, I., et al., Intratumoral Tcf1+ PD-1+ CD8+ T cells with stem-like properties promote tumor control in response to vaccination and checkpoint blockade immunotherapy. Immunity, 2019. 50(1): p. 195-211. e10.

6.Orning, P., E. Lien, and K.A. Fitzgerald, Gasdermins and their role in immunity and inflammation. Journal of Experimental Medicine, 2019. 216(11): p. 2453-2465.

7.Wang, Q., et al., A bioorthogonal system reveals antitumour immune function of pyroptosis. Nature, 2020. 579(7799): p. 421-426.

8.Zhang, Z., et al., Gasdermin E suppresses tumour growth by activating anti-tumour immunity. Nature, 2020. 579(7799): p. 415-420.

9.Zhou, Z., et al., Granzyme A from cytotoxic lymphocytes cleaves GSDMB to trigger pyroptosis in target cells. Science, 2020. 368(6494).

博士后招聘：

南京医科大学杨硕教授课题组近年主要从事固有免疫与炎症性疾病发生及其干预靶标发现的研究工作，相关工作以通讯作者在Mol Cell（2020）、J. Exp. Med（2019，2021）、Sci Adv（2020）、PNAS (2022) 和Cell Rep（2022）等期刊上发表，并被F1000推荐，专题收录。课题组现公开招聘从事免疫、神经和药物结构相关研究的博士后研究人员1-2名。博后在站期间，将享受南京医科大学良好薪酬待遇，并有很好职业上升空间（出站竞聘副研究员/副教授）。有意者请将个人简历及科研水平证明资料整合为PDF文档，发送至shuoyang@njmu.edu.cn，主题请注明“博士后应聘”。

原标题：《【学术前沿】杨硕/胡志斌/王曦/王冰微课题组揭示固有免疫细胞焦亡调节肿瘤免疫新机制》

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