PD-1抗体“新搭档”——HDAC2抑制剂

免疫检查点阻断疗法是抗癌领域的重要进展，代表性药物PD-1/PD-L1抗体已经极大地改善了多种人类癌症的临床结果。然而，有关癌症免疫治疗，仍有一些问题亟待解决，包括为何仅有少部分患者可响应PD-1/PD-L1抗体，为何一些患者无法获得长期治疗效果。为了找到这些问题的答案，科学家们正在更深入地理解调控免疫检查点通路的机制。

PD-L1主要被定义为PD-1的配体，两者结合可抑制效应T细胞的反应。癌症发生时，PD-L1经常在肿瘤细胞上高表达，形成免疫逃逸。除了最初被发现的这一功能，PD-L1还被报道可作为一种抗凋亡分子，以及可促进哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mTOR）的激活以及肿瘤细胞中的糖酵解代谢。在表达方面，PD-L1似乎既可以存在于细胞膜，也会出现在细胞内。有趣的是，2019年，发表在Molecular Cell杂志上的一项研究表明，细胞内的PD-L1还可结合转录自DNA损伤基因的RNA，增加肿瘤细胞对DNA损伤的耐受[1]。科学家们认为，PD-L1似乎有新的、不为人知的一面。此外，控制PD-L1亚细胞定位的调节机制尚不清楚。

先前已有研究证实，翻译后修饰能够调节蛋白亚细胞定位。尽管也有研究者观察到PD-L1的乙酰化（翻译后修饰的一种），但这种修饰对PD-L1的稳定性、功能和定位的影响尚不明确。

来源：Nature Cell Biology

8月24日，发表在Nature Cell Biology 杂志上的一项研究中，来自哈佛医学院的科学家团队报道了PD-L1的亚细胞定位调控机制和新的功能作用[2]。

具体来说，他们首先证明PD-L1在其胞质尾端(C-tail)上被p300酶乙酰化，且K263是PD-L1胞质尾端唯一被p300乙酰化的残基。

PD-L1主要由HDAC2去乙酰化（来源：Nature Cell Biology ）

之后，研究人员调查了哪些酶可能介导了PD-L1去乙酰化，结果发现，组蛋白去乙酰化酶2 (HDAC2)的药理学和遗传缺失增强了PD-L1乙酰化。

同时研究证实，Lys 263乙酰化可能阻碍了PD-L1的核定位。对比各个部分的乙酰化情况来看，核PD-L1的乙酰化程度相对较低。此外，HDAC2基因缺失或药理学抑制降低了核部分的PD-L1水平，这可能是由于PD-L1的Lys 263位点乙酰化增加了。综合这些发现表明，PD-L1上Lys 263的乙酰化在核易位过程中起着关键作用。一个有趣的发现是，与B16F10来源的皮下原发性肿瘤相比（原发性肿瘤中PD-L1主要在细胞膜上表达），源自B16F10细胞的肺转移显示出更强的核PD-L1表达，提示核PD-L1的积累可能有助于肿瘤细胞在转移过程中逃避免疫监视。

研究还发现，膜结合PD-L1通过HDAC2去乙酰化有利于其与包括HIP1R在内的多种蛋白的相互作用。PD-L1通过其胞质尾端特异性地与HIP1R相互作用。而Lys 263乙酰化可能阻碍了PD-L1与HIP1R的这种结合。HDAC2抑制剂处理也会阻断PD-L1与HIP1R的相互作用。此外，在HIP1R敲除细胞中，核PD-L1显著降低，提示该蛋白可能在PD-L1的细胞核易位中发挥重要作用。

PD-L1与HIP1R相互作用，参与网格蛋白依赖的内吞作用（来源：Nature Cell Biology ）

接下来研究调查了PD-L1从质膜转移到细胞核的分子机制，并发现HIP1R可被货物接头蛋白（adaptin-β2，AP2B1）识别，从而诱导网格蛋白介导的内吞作用。之后PD-L1与中间丝蛋白Vimentin结合（中间丝是细胞骨架成分之一），使其能够通过细胞骨架进入细胞核。Vimentin缺失可降低PD-L1在细胞核中的表达。

依赖于去乙酰化的PD-L1核迁移支持肿瘤免疫逃避 | 膜结合PD-L1通过HDAC2去乙酰化有利于其与包括HIP1R在内的多种蛋白的相互作用，并允许PD-L1被内吞。PD-L1通过与Vimentin结合，进一步通过细胞骨架向细胞核运输。之后，输入蛋白介导PD-L1的核易位，接着PD-L1与DNA相互作用来控制基因转录。一方面，核PD-L1似乎调节着抗原递呈相关基因（如MHC-I相关基因）和促炎途径相关基因（如IFN-I相关基因）的表达，从而提高细胞毒性T淋巴细胞(CTLs)对肿瘤细胞的识别。另一方面，核PD-L1也增加了包括PD-L2和VISTA在内的其它免疫检查点基因的表达，这又增强了细胞毒性T淋巴细胞的耗竭，损害了PD-L1阻断的治疗效果。尽管还需要进一步的研究，核PD-L1活性似乎也与肿瘤细胞的侵袭性有关。（来源：Nature Cell Biology）

RNA测序和染色质免疫沉淀结合超高通量DNA测序分析表明，核PD-L1会与DNA结合，作为基因转录的调节因子。研究进一步发现，PD-L1的这种核活性可能会促进肿瘤的免疫逃避。因为，核PD-L1会触发其他免疫检查点分子的表达，导致可能的获得性免疫治疗耐药。而用HDAC2抑制剂阻断PD-L1的核易位可能会降低这些免疫检查点基因的转录，导致肿瘤中CD8+细胞毒性T细胞浸润增加，TNFα水平降低，进而增强由PD-1抗体触发的抗肿瘤免疫反应。在MC38同基因小鼠肿瘤模型，与PD-1抗体治疗组相比，HDAC2抑制剂联合PD-1抗体显著减缓了肿瘤的生长，提高了生存率（下图e,f）。

核PD-L1调控免疫应答和调控通路的基因表达来影响抗PD-1免疫疗法的疗效（来源：Nature Cell Biology）

值得一提的是，尽管这项新研究揭示了PD-L1先前未被发现的功能，以及依赖于乙酰化的核定位调控机制，但也提出了有趣的问题。例如，该研究报道，核PD-L1还具有上调肿瘤细胞中其它免疫检查点（包括PD-L2、VISTA）基因的功能，这有助于肿瘤细胞对PD1/PD-L1阻断疗法获得性耐药的形成。然而，与此同时，核PD-L1似乎强烈诱导免疫应答相关基因，包括I型和II型干扰素信号通路、NF-kB信号通路和抗原呈递通路。综合这些发现表明，核PD-L1可能会增加肿瘤微环境的炎症反应，促进新抗原递呈，但同时也促进抗肿瘤免疫逃逸。究竟是什么决定了PD-L1刺激某种通路而不是另一通路还有待阐明。一种可能的解释是肿瘤细胞将自己暴露给细胞毒性T细胞并被识别，只是为了更好地驱使它们走向耗竭。

总结来说，这项新研究进展揭示了先前未知的依赖于乙酰化的PD-L1核定位调节机制，使大家对PD-L1通路有了更深入的理解。同时，文章表明，PD-L1作为转录调节因子的有趣作用，及其参与促炎通路和免疫检查点基因调控的新功能可能对检查点阻断疗法和HDAC抑制剂的使用有重要意义。未来，还需要开展更多的研究来更好地理解调控核PD-L1活性的机制以及它与肿瘤侵袭性的关系。

参考资料：

[1] Xinyi Tu et al. PD-L1 (B7-H1) Competes with the RNA Exosome to Regulate the DNA Damage Response and Can Be Targeted to Sensitize to Radiation or Chemotherapy. Molecular Cell(2019).

[2] Yang Gao et al. Acetylation-dependent regulation of PD-L1 nuclear translocation dictates the efficacy of anti-PD-1 immunotherapy. Nature Cell Biology (2020).

[3] The hidden side of PD-L1(来源：Nature Cell Biology )

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