基于三氧化二砷的全细胞疫苗激活抗肿瘤免疫应答的机制研究

来源 :北京协和医学院 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zjubaoli
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癌症作为严重威胁人类健康的安全卫生问题,困扰着诸多肿瘤患者,近年来已成为疾病致死的主要原因。目前,手术、化疗、放疗和免疫治疗依旧是肿瘤的主要治疗手段。肿瘤疫苗作为免疫疗法中最新治疗方式一直以来备受关注,它们能通过一系列干预手段教导免疫系统将肿瘤细胞识别为外来物质,在特异性消除癌细胞的同时而不损伤正常细胞。然而,受限于肿瘤抗原的低免疫原性和肿瘤微环境的免疫抑制作用,肿瘤疫苗的临床治疗效果尚未取得显著进展。三氧化二砷(Arsenictrioxide,ATO)是中药砷剂的主要活性成分,在体外能有效杀伤多种肿瘤细胞,然而体内靶向性低下、毒副作用明显等特性限制了其在实际临床的应用。激活特异性免疫应答是实现长效肿瘤控制的关键,胞毒性药物预处理可制备全肿瘤细胞疫苗。我们研究发现,与多种常规化疗药物相比,ATO制备的全细胞肿瘤疫苗具有更强的免疫原性,能显著诱导磷脂酰丝氨酸(Phosphatidylserine,PS)和钙网蛋白(Calreticulin,CALR)的外翻,三磷酸腺苷(Adenosine triphosphate,ATP)和高迁移率族蛋白(High Mobility Group Protein 1,HMGB1)的释放以及Ⅰ型干扰素(Type Ⅰ interferon,IFN-α/β)表达升高等,并有效激活CD8+T细胞的增殖和IFN-γ分泌。体内实验证实ATO制备的预防型疫苗能显著延缓再次接种的肿瘤生长,该过程依赖CD8+T细胞以及Ⅰ/Ⅱ型干扰素途径。进一步实验发现ATO可诱导肿瘤细胞产生大量的活性氧(Reactive oxygen species,ROS),导致 LC3-Ⅱ增多、CASP3 活化、RIP3 和 MLKL 磷酸化、GPX4的耗竭,且这些过程能被N-乙酰-L-半胱氨酸(N-Acetyl-L-cysteine,NAC)抑制,提示ATO诱导的ROS能导致自噬、凋亡、程序性坏死和铁死亡等多种死亡通路的激活。利用 CRISPR/CAS9 构建的Becn1-/-、Gpx4low、Acsl4-/-、Gsdme-/-、Gsdmd-/-、Bax-/-、Bak-/-、Rip3-/-、Mlk1-/-肿瘤细胞克隆,我们探究了不同细胞死亡途径对肿瘤细胞免疫原性的影响和调控机制。其中,Acsl4--、Rip3-/-、Mlkl-/-相比WT细胞,其疫苗保护效果完全丧失。进一步研究发现Acsl4-/-、Rip3-/-、Mlk1-/-经过ATO处理多种危险信号分子的表达和释放都显著减少,主要原因在于ACSL4、RIP3、MLKL缺失的肿瘤细胞系经ATO处理后不能显著增加膜通透性。在动物模型中,我们发现瘤内注射ATO并不能延缓肿瘤生长,而相同的治疗时间点,皮下注射基于ATO预处理的肿瘤细胞能显著抑制肿瘤增长速度,这一过程也同样依赖干扰素途径,以及肿瘤细胞中ACSL4、RIP3、MLKL的完整性。通过分析肿瘤组织中的免疫浸润,发现基于ATO的治疗型疫苗能显著提高CD8+T、CD4+T、NK、DCs和巨噬细胞的浸润。针对基于ATO的Rip3-/-肿瘤细胞疫苗无治疗效果,我们开发了通过联合特定的回补分子来逆转基于ATO的Rip3-/-肿瘤个性化疫苗方案。此外,通过联合PD-1治疗,ATO介导的肿瘤细胞疫苗抑制效果更加显著并有部分小鼠能达到无瘤存活(大约33%)。综上所述,我们系统性研究了不同细胞死亡方式对ATO诱导的肿瘤免疫原性的影响,并阐述了体内实验中ATO诱导的全肿瘤细胞疫苗对机体的保护效果,更为重要的是,在肿瘤发生的早期,应用该疫苗和PD-1联用能显著促进免疫细胞浸润并抑制肿瘤生长,该研究为提高ATO的临床应用提供了新的思路和治疗策略。
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