近日，由約翰霍普金斯大學醫(yī)學院Gregg L. Semenza教授帶領的科學家團隊在Cell Reports發(fā)表的一項最新成果揭示，負責關閉細胞天然自殺信號的基因BIRC2也可能是導致乳腺癌和黑色素瘤細胞對免疫檢查點阻斷療法（ICB）耐藥的罪魁禍首。

去年，Semenza教授與WilliamG. Kaelin Jr和Sir Peter J. Ratcliffe三位科學家因發(fā)現(xiàn)細胞如何適應和感知氧氣變化分享了諾貝爾生理學或醫(yī)學獎。Semenza教授做出的重要貢獻是發(fā)現(xiàn)了指導細胞適應低氧水平的基因HIF-1 (hypoxia-inducible factor 1)。

而調(diào)查HIF-1在癌癥中的作用也是Semenza教授的研究方向之一。2018年，他帶領團隊發(fā)現(xiàn)，缺氧會促進癌細胞啟動3個幫助它們逃避免疫系統(tǒng)攻擊的基因。其中，CD47的表達會釋放“別吃我”信號，阻斷巨噬細胞對癌細胞的殺傷；PD-L1和CD73的表達則會阻斷T淋巴細胞對癌細胞的殺傷。

在這項新研究中，Semenza教授和他的團隊對由Dana Farber癌癥研究所的研究者們鑒定出的325個人類基因進行了篩選。這些基因?qū)牡鞍自诤谏亓黾毎羞^表達，且與幫助癌細胞逃避免疫系統(tǒng)的機制有關。

HIFs調(diào)節(jié)低氧誘導的BIRC2的表達（來源：Cell Reports）

分析顯示，325個基因中，有38個受到HIF-1的影響。BIRC2（baculoviral IAP repeat-containing 2），也被稱為cIAP1（cellular inhibitor of apoptosis protein 1）是這38個基因中的一個。BIRC2已知可阻止細胞“自殺”、凋亡，其過表達發(fā)生在約40%的乳腺癌。盡管有研究證實，BIRC2缺失會使癌細胞在體外對T細胞殺傷敏感，但該蛋白促進癌細胞免疫逃逸的具體分子機制尚未闡明。

在這項新研究中，首先，通過研究人類乳腺癌細胞中的BIRC2，Semenza教授團隊發(fā)現(xiàn)缺氧蛋白HIF1和HIF2在低氧條件下會直接結合到BIRC2基因的一部分，這一發(fā)現(xiàn)鑒定出了促進BIRC2蛋白產(chǎn)生的一個直接機制。

接著，研究小組給小鼠注射了被基因改造后僅可表達少量BIRC2或直接不表達BIRC2的人類乳腺癌或黑素瘤細胞，并觀察腫瘤的發(fā)展。結果顯示，在注射了缺乏BIRC2表達的癌細胞的小鼠中，腫瘤的形成需要更長的時間，大約三到四周（對照組是2周）。

敲除黑色素瘤細胞中的BIRC2可通過非經(jīng)典NF-κB通路上調(diào)CXCL9（來源：Cell Reports）

由不含BIRC2的癌細胞形成的腫瘤CXCL9蛋白的水平也顯著提升（是對照組的5倍），該蛋白是一種趨化因子，可引導T細胞和自然殺傷（NK）細胞到腫瘤部位。腫瘤形成所用的時間越長，在瘤內(nèi)發(fā)現(xiàn)的T細胞和NK細胞就越多。

敲除黑色素瘤細胞中的BIRC2可降低腫瘤生長，改變炎性細胞向腫瘤微環(huán)境的招募（來源：Cell Reports）

Semenza教授認為，在腫瘤中發(fā)現(xiàn)大量的免疫細胞是免疫治療成功的關鍵指標。

接著，為了確定免疫系統(tǒng)對他們觀察到的腫瘤生長放緩是否至關重要，Semenza教授團隊將不含BIRC2的黑色素瘤和乳腺癌細胞注射到免疫系統(tǒng)失去功能的小鼠體內(nèi)。結果顯示，腫瘤在約兩周內(nèi)形成，與正常情況相同。這表明，與BIRC2缺失相關的腫瘤生長速度下降依賴于招募T細胞和NK細胞到腫瘤處。

BIRC2敲除可增加免疫檢查點阻斷療法的療效（來源：Cell Reports）

最后，研究者們分析了移植了人類乳腺癌或黑色素瘤的小鼠，這些腫瘤要么可產(chǎn)生BIRC2，要么被工程改造缺乏BIRC2。他們給移植了黑色素瘤腫瘤的小鼠使用了兩種被FDA批準的免疫療法（PD1抗體+CTLA-4抗體），給移植了乳腺腫瘤的小鼠使用了其中一種免疫治療藥物（PD-1抗體）。結果顯示，在兩種腫瘤類型中，免疫治療藥物僅對缺乏BIRC2的腫瘤有效。在黑色素瘤中，與單獨使用ICB相比，ICB聯(lián)合BIRC2敲除顯著增加了適應性和先天抗腫瘤免疫力。在乳腺癌模型中，BIRC2敲除顯著增強了PD-1抗體的療效。

總結來說，該研究發(fā)現(xiàn)，低氧可誘導乳腺癌和黑色素瘤細胞中BIRC2表達增加。敲除BIRC2可增加CXCL9的表達，進而增加腫瘤中CD8+T細胞和NK細胞的招募。此外，抑制BIRC2表達也可通過使腫瘤更具免疫原性從而影響腫瘤生長。更重要的是，BIRC2缺乏顯著增加了小鼠黑色素瘤和乳腺腫瘤對抗CTLA-4和/或抗PD-1免疫檢查點阻斷療法的敏感性。

研究人員表示，如果進一步的研究能夠證實這些發(fā)現(xiàn)，表明BIRC2過表達可能是免疫治療耐藥性的一個關鍵標志物。未來，臨床醫(yī)生有望通過將阻斷BIRC2活性的藥物與免疫檢查點抑制劑進行聯(lián)合，形成一種強效抗癌雞尾酒療法。

目前，可使BIRC2和其它抗細胞自殺蛋白失活、被稱為“SMAC模擬物”的實驗性藥物正在開展臨床研究，以調(diào)查治療某些類型癌癥的潛力（SMAC可通過與IAP結合促進細胞凋亡）。Semenza教授表示，盡管這些藥物單藥治療效果不是很好，但它們可能對改善腫瘤含高水平BIRC2的患者對免疫治療藥物的響應非常有用。

“癌細胞可利用許多途徑來逃避免疫系統(tǒng)，我們的目標是找到額外的藥物來補充現(xiàn)有的免疫治療策略。”Semenza教授總結道。

參考資料：

1# Effective cancer immunotherapy further linked to regulating a cell 'suicide' gene（來源：Johns Hopkins University School of Medicine）

2# Debangshu Samanta et al. BIRC2 expression Impairs Anti-Cancer Immunity and Immunotherapy Efficacy. Cell Reports（2020）.