提高MHC-I可增强癌症免疫疗效
近年来，癌症免疫治疗得到飞速发展。其中，免疫检查点抑制剂通过靶向抑制免疫检查点，激活病人自身免疫系统，显著改善了许多癌症病人的预后。然而大多数癌症病人仍对免疫检查点疗法耐药。其中，癌细胞抗原递呈分子（MHC-I）的缺失或表达下调是造成患者对免疫检查点疗法耐药的主要原因之一。有研究预计超过65%的癌症病人存在MHC-I相关的缺陷。由于MHC-I和免疫抑制信号蛋白PD-L1经常受到共同分子信号调节，所以上调MHC-I也可能会伴随上调PD-L1并抑制免疫反应。于是，如何有效地提高MHC-I而不增加PD-L1的表达就成了癌症免疫治疗的一大难题。
近日，哈佛大学/丹娜-法伯癌症研究所的刘小乐教授和Myles Brown教授实验室合作，在 Cancer Discovery 杂志上发表了题为：Therapeutically increasing MHC-I expression potentiates immune checkpoint blockade 的研究论文，系统地探索了MHC-I和PD-L1的调节机理并通过数据挖掘找到可以特异提高MHC-I表达的靶向药物。
作者首先应用双标记CRISPR筛选技术在MHC-I基础表达较低的B16F10黑色素瘤细胞中寻找可以调节MHC-I和PD-L1的基因。对该高通量数据的分析发现了许多MHC-I特异的负向调控基因，其中Traf3是一个编码TNF家族信号通路中关键转导蛋白的基因。
体外实验进一步证实，在不同干扰素的刺激下，Traf3敲除显著地上调了B16F10细胞中MHC-I表达，而没有上调PD-L1的表达。此外，在多个小鼠和人的癌细胞系中，Traf3/TRAF3敲除也特异地提高了MHC-I的表达。
为了探究Traf3特异调控MHC-I表达的机制，作者通过RNA-seq，ATAC-seq，western-blot等手段，发现Traf3敲除可以显著提高NF-kB通路的活性，从而上调MHC-I的表达。进一步实验发现，NF-kB信号通路的IKK抑制剂几乎完全消除了Traf3敲除对MHC-I表达的上调作用，从而证实Traf3对MHC-I的调控作用是通过NF-kB信号转导通路实现的。
MHC-I分子表达水平提高对癌症免疫反应会有什么影响？作者通过体外癌细胞和免疫细胞共培养实验发现Traf3敲除促进了T细胞介导的肿瘤细胞杀伤作用。同时，小鼠体内实验也显示Traf3敲除极大地提高了免疫检查点抑制剂对黑色素瘤的治疗的效果。
TRAF3是否与临床上癌症病人对免疫疗法的耐药相关呢？通过差异表达分析比较Traf3敲除细胞和对照组细胞的RNA-seq数据，作者整理出一套Traf3敲除的差异基因图谱。通过比较该差异基因图谱与TCGA数据库中癌症病人的基因表达图谱，以及公共数据中的免疫检查点抑制剂临床样本的RNA-seq数据，作者发现，在很多癌症类型中Traf3敲除的差异表达图谱与病人的生存以及免疫检查点抑制剂的效能呈显著正相关！
此外，作者从丹娜-法伯癌症研究所的黑色素瘤样本中分离出MHC-I高表达或低表达的癌细胞，并发现Traf3敲除的差异表达图谱与MHC-I表达水平同样呈正相关。
是否可以靶向TRAF3来提升病人对免疫检查点抑制剂的效能呢？由于TRAF3是一个转导蛋白，目前尚没有其针对性药物。于是作者另辟蹊径，利用数据挖掘的方法寻找可以模拟Traf3敲除效应的药物。通过比较Traf3敲除的差异基因表达图谱与GEO数据库中收录的大量药物刺激下细胞转录组数据，他们发现SMAC mimetic（IAP抑制剂）的刺激可以很好地模拟Traf3敲除对基因转录的影响。
在众多SMAC mimetic中，作者选择了已进行多项一/二期临床试验的birinapant进行下一步的验证。在B16F10模型中，birinapant可以很好地模拟Traf3敲除的效果，特异地提高MHC-I表达，从而提高癌细胞对T细胞杀伤的敏感性以及小鼠肿瘤模型对免疫检查点抑制剂的响应。在一些人类肿瘤细胞系中，birinapant也特异地提高了MHC-I表达。作者同时还发现，在另外一些细胞系中（包括一些NF-kB通路基础活性较高的细胞系），birinapant并未提高MHC-I表达。在这些细胞系中，MHC-I的表达可能由其他机制调控。
综上，本文通过研究MHC-I的调控机制，发现了一种通过特异提升癌细胞抗原递呈而增强癌症免疫治疗效果的途径，有望提高免疫疗法在一些MHC-I表达水平偏低的肿瘤患者中的治疗效果。
本文的主要作者是哈佛大学和丹娜-法伯癌症研究所的顾圣青、张武兵（同济大学访问学者）、王晓卿、姜鹏（现任职于美国国立癌症研究所）。刘小乐教授和Myles Brown教授为本文的共同通讯作者。
论文链接：
https://cancerdiscovery.aacrjournals.org/content/early/2021/02/15/2159-8290.CD-20-0812