诱导型表达GSDMD-NT引起细胞焦亡的肿瘤细胞疫苗新策略

来源 :昆明医科大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:fujinfa
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[背景]肿瘤的低免疫原性、高度异质性和肿瘤发生发展过程中免疫抑制性微环境及物理屏障的形成是肿瘤逃避机体免疫监视的主要手段。细胞焦亡是一种新型的免疫原性细胞死亡(immunogenic cell death,ICD)形式,会释放大量炎性细胞因子和危险信号分子激活免疫系统,对机体抗感染免疫反应与抗肿瘤免疫应答具有重要的调节作用。GSDMD是具有成孔效应的蛋白,研究表明异位表达GSDMD的N末端活性结构域(GSDMD-NT)能造成裂解性、炎症性的细胞焦亡,此外,细胞焦亡效应分子GSDMB/GSDME能与毒性淋巴细胞相互作用,由颗粒酶切割活化诱导细胞焦亡,诱导少于15%的肿瘤细胞发生焦亡就足以激发强效的免疫应答消除整个肿瘤。不同肿瘤细胞ICD的诱导条件不同,不同肿瘤对不同诱导物的响应不同,且往往需要大剂量,同时潜在毒性副作用。基于细胞焦亡的独特发生机制,通过四环素诱导系统在肿瘤细胞中过表达GSDMD-NT可实现通用、高效的焦亡诱导,且GSDMD-NT只能从细胞内膜发挥打孔效应,不会损伤周围正常组织造成焦亡副作用;针对肿瘤高度异质性,细胞焦亡裂解可提供个性化,丰富的肿瘤相关抗原,同时释放大量的炎性细胞因子辅助打破肿瘤免疫抑制机制。因此,诱导肿瘤细胞免疫原性焦亡对于克服肿瘤免疫抑制与免疫逃逸机制,重塑免疫系统对肿瘤的监视与杀伤,获得显著临床治疗效果具有重要意义。[目的]本研究基于细胞焦亡明确的发生机制及在机体抗肿瘤免疫中的调控作用,旨在探讨安全、有效的肿瘤细胞焦亡诱导策略,揭示其免疫特点及效应机制,以及以其为基础的免疫干预策略优化,以期提高肿瘤细胞疫苗的临床治疗潜能。[方法]利用重组慢病毒载体介导的基因表达系统筛选诱导型稳定表达焦亡效应分子GSDMD-NT的肿瘤细胞系;体外CCK-8检测细胞增殖情况,显微镜观察细胞焦亡形态,流式细胞术双染AnnexinV和7-AAD分子检测细胞焦亡比列,免疫荧光检测GSDMD-NT的表达与定位;体外考察细胞焦亡免疫原性特点,Real time qPCR检测相应分子转录水平表达,Western blot检测相应分子蛋白水平表达,ELISA检测炎性细胞因子的释放;利用Transwell小室评估焦亡的肿瘤细胞对BMDCs迁移募集的影响,利用流式细胞术检测BMDCs的成熟情况;体内诱导表达GSDMD-NT引起肿瘤细胞焦亡对小鼠肿瘤进行免疫干预,流式细胞术检测小鼠脾脏与肿瘤的免疫效应细胞激活和免疫抑制性细胞浸润的情况。[结果](1)成功构建四环素诱导表达GSDMD-NT的慢病毒质粒,质粒酶切鉴定和293FT瞬时转染蛋白表达检测验证质粒正常工作;(2)成功筛选得到三种诱导型稳定表达GSDMD-NT的小鼠肿瘤细胞系(TC-1,4T1,CT26),四环素诱导后GSDMD-NT的转录水平和蛋白水平表达升高;(3)体外成功诱导肿瘤细胞焦亡,GSDMD-NT作用于细胞膜,显微镜观察到细胞肿胀变大膜破裂、细胞核固缩、DNA断裂的典型细胞焦亡形态,AnnexinV+7-AAD+双阳性细胞比率随诱导时间动态增加;(4)CCK-8细胞增殖检测验证GSDMD-NT基因修饰后未诱导表达不影响细胞增殖,当诱导表达后明显抑制细胞增殖;(5)肿瘤细胞焦亡发生过程中,ELISA检测IL-18,IL-1β,IL-33,IL-6炎性细胞因子释放增多,Western blot检测HMGB1表达水平升高,细胞焦亡上清中ATP、LDH、HMGB1释放增多,Real time qPCR检测Hsp70/90,CXCL9,H-2Kb的表达上调,PD-L1表达下调;(6)焦亡的肿瘤细胞能促进BMDCs的迁移与成熟,CD80,CD86,MHC Ⅰ,MHC Ⅱ类分子表达升高;(7)GSDMD-NT基因修饰的TC-1小鼠皮下移植瘤模型,体内诱导细胞焦亡可完全消除20~800mm3的肿瘤,并对再次接种的野生型TC-1肿瘤产生了长达至少30天的免疫保护作用;(8)不同剂量GSDMD-NT基因修饰的TC-1肿瘤细胞皮下注射后直接诱导焦亡,证明基因修饰的肿瘤生长可人为控制且不会成瘤,其免疫保护效果与细胞剂量成正相关;(9)(10)瘤内注射GSDMD-NT基因修饰的TC-1肿瘤细胞疫苗体内诱导焦亡可显著抑制已建立的TC-1肿瘤生长,流式检测脾脏和肿瘤中的抗肿瘤CTLs,NKs效应细胞数量增多,MDSCs抑制性细胞数量减少;(11)GSDMD-NT基因修饰的4T1乳腺癌原位肿瘤模型和CT26结直肠癌皮下移植瘤模型,在不同肿瘤大小时体内诱导细胞焦亡,在6~40mm3大小时能显著抑制肿瘤生长,在40~200mm3大小时其抑瘤效果并不显著,流式细胞术分析结果显示新型焦亡肿瘤细胞疫苗通过刺激活化系统性抗肿瘤CTLs效应细胞数量增多,减少MDSCs抑制性细胞数量显著抑制4T1乳腺原位肿瘤的生长。[结论]诱导型稳定表达焦亡核心效应分子GSDMD-NT是高效、通用的肿瘤细胞免疫原性死亡诱导方式,小鼠体内肿瘤细胞焦亡诱导提供了广谱、个体化的肿瘤抗原和充足的ICD性状表达,从而提供强的免疫刺激信号激发了强效的抗肿瘤免疫应答。其中,针对含有HPV-E6/E7抗原的高免疫原性TC-1肿瘤具有完全清除肿瘤的效应,而对于免疫抑制性强的4T1/CT26肿瘤其抑瘤效果就未达到同等效果。总之,本研究针对肿瘤的异质性挑战,提出了基于细胞免疫原性死亡诱导的肿瘤细胞疫苗新策略,为新型肿瘤免疫干预治疗及肿瘤疫苗的研究提供了有益的探讨及重要参考。
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