《Science》中科大团队重磅发现：肿瘤免疫检查点疗法潜在新靶点

肿瘤诱导的免疫抑制是癌症逃避免疫监视和免疫攻击的主要原因。目前，免疫检查点疗法（ICT）在一些癌症的临床治疗中有很好的效果，其通过靶向细胞毒性T淋巴细胞相关抗原4(CTLA-4)和程序性细胞死亡蛋白1(PD-1)来逆转T细胞的免疫抑制。但是仍有大约70%的癌症患者对ICT不敏感，因此，寻找有效的ICT靶点是非常必要的。最新的研究表明，中枢神经系统可以调节癌症的发展和免疫系统的活动，其中主要途径是通过神经内分泌系统。垂体是神经内分泌系统的“指挥中心” ，其一些下游激素或效应物在癌症患者中升高，提示神经内分泌系统和垂体单位可能参与调控肿瘤免疫，然而其中的机制仍不清楚。
2022年8月4日，中国科学技术大学周荣斌教授作为第一通讯作者在《Science》（IF=63.714）上发表了题为《Pituitaryhormoneα-MSHpromotestumor-inducedmyelopoiesisandimmunosuppression》的研究论文，深入探究了神经内分泌系统促进肿瘤相关的骨髓生成和免疫抑制及其机制。研究发现阿黑皮素原（POMC）经切割会产生α促黑激素（α-MSH）， α-MSH则通过相应的受体MC1R—MC5R发挥生物学功能。研究结果发现， MC5R与α-MSH促进肿瘤发展密切相关，并提示MC5R是癌症免疫治疗非常有前景的一个靶点。值得注意的是，汉恒生物提供的腺相关病毒HBAAV2/9-Hspa9shPOMC-GFP成功敲低了小鼠垂体中的POMC ，为作者阐明相关机制提供了有力的病毒载体工具。
下面我们一起来看看作者是如何探索其中的机制：
作者首先研究了垂体单位在肿瘤免疫中的作用。为此构建了皮下移植瘤小鼠模型并检测了垂体激素的水平变化，皮下移植的细胞系包括免疫检查点疗法耐药的细胞系（LLC肺癌细胞和GMCSF过表达的B16F10黑色素瘤细胞）和免疫检查点疗法敏感的细胞系（MC38结肠癌细胞系和MCA205纤维肉瘤细胞）。结果发现，荷瘤小鼠模型血清中α促黑激素（α-MSH）的产生明显增加（图1A ， B）。阿黑皮素原（POMC）经加工可产生α-MSH ，且正常情况下POMC主要在垂体中表达（图1C）。相比于对照组小鼠，荷瘤小鼠的垂体中叶中POMC表达增加（图1D ， F）。同时发现，荷瘤小鼠的下丘脑室旁核神经元激活（图1F ， G），而下丘脑可以调控垂体产生α-MSH 。此外，作者用HBAAV2/9-Hspa9shPOMC-GFP敲低了小鼠脑下垂体POMC的表达，显著降低了荷瘤小鼠血清中α-MSH的水平（图1H ， I）。这些结果表明荷瘤小鼠可以激活下丘脑并促进垂体产生α-MSH 。

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图1.荷瘤小鼠促进下丘脑的激活和垂体源性α-MSH的产生
接着，作者探讨了垂体来源的α-MSH在肿瘤生长中的作用。研究发现，抑制垂体中POMC的表达对荷瘤小鼠没有明显的毒性，并且抑制了LLC肿瘤的生长，同时增强了肿瘤中CD8+T、CD4+T、NK和NKT细胞的浸润， IFN-γ也在这些免疫细胞中表达上调（图2A-D）。然而，补充α-MSH逆转了POMC的表达抑制对肿瘤生长和抗肿瘤免疫的影响。采用抗CD4和抗CD8抗体处理小鼠，耗尽肿瘤中CD4+和CD8+T细胞，结果发现也消除了敲低POMC对肿瘤生长抑制的作用（图2E）。结果说明，抑制垂体中POMC的表达可通过增强抗肿瘤免疫来抑制肿瘤生长。
为了研究抑制POMC后如何增强抗肿瘤免疫，作者分析了LLC肿瘤中的肿瘤相关髓样细胞（TAMCs）的情况。结果发现，抑制POMC显著减少了肿瘤相关巨噬细胞（TAMs）、多核型骨髓源性抑制细胞（PMN-MDSCs）、单核MDSCs（M-MDSCs）和树突状细胞（DC）的聚集（图2F）。同样，外源性补充α-MSH抵抗了POMC抑制所导致的荷瘤小鼠中TAMCs的扩增和骨髓生成受损（图2F ， G）。上述结果表明，垂体产生的α-MSH可促进肿瘤诱导的骨髓生成。作者还进一步研究了TAMCs是否有助于POMC抑制诱导的肿瘤生长抑制。结果发现，在LLC肿瘤中耗尽MDSCs可延缓肿瘤的生长，而与耗尽TAMs无关，说明MDSCs是LLC肿瘤的主要TAMCs（图2H）。此外，耗尽MDSCs的情况下，下调POMC并不能联合增强肿瘤抑制和抗肿瘤免疫。在MC38肿瘤中， TAMs和MDSCs均能导致免疫抑制，当二者被耗尽时，也不能增强POMC下调所导致的MC38肿瘤生长抑制和抗肿瘤免疫（图2I）。以上结果表明，垂体来源的α-MSH可能通过骨髓生成来抑制抗肿瘤免疫。