破解酸性环境“协助”肿瘤免疫逃逸之谜

机体在接触抗原之后,能否产生高效的抗原特异性T细胞,取决于免疫系统是否能及时清除抗原。如果无法有效清除抗原(例如恶性肿瘤),慢性的抗原刺激将会导致T细胞功能耗竭,其特征就是效应功能减弱、细胞因子产生能力和增殖能力下降,并且会表达抑制性受体(如我们熟知的PD-1、CTLA-4)【1】。当前,关于这些抑制性受体的研究已成为癌症免疫疗法的焦点所在。

 

VISTA(V-domain immunoglobulin suppressor of T cell activation)是B7家族的配体,主要在循环系统和肿瘤内部的骨髓细胞中表达,此外,激活的淋巴细胞中也有少量表达。在之前的研究中,人们发现VISTA可以抑制T细胞的活性,并且可以帮助肿瘤抵抗PD-1和CTLA-1抗体的免疫治疗【2,3】。但是苦于一直没有找到VISTA的受体蛋白,因此VISTA究竟是如何协助肿瘤逃逸免疫治疗的我们并不清楚。
近日,来自百时美施贵宝公司(Bristol-Myers Squibb)肿瘤免疫部门的Robert J. Johnston教授研究团队在Nature上发表题为VISTA is an acidic pH-selective ligand for PSGL-1的研究,他们报道了PSGL-1是VISTA在酸性pH条件下的选择性受体,从而解释了VISTA如何在肿瘤微环境的酸性pH条件下抑制T细胞活性并最终导致肿瘤细胞的免疫逃逸。

 

作者发现,与其他免疫球蛋白超家族成员相比,VISTA胞外段特异性的大量富集组氨酸残基。由于组氨酸侧链上有咪唑环,可以在酸性条件下结合H+而质子化,因此作者推测VISTA很有可能在肿瘤微环境中 (pH可以低到5.85) 与其受体进行结合并发挥功能。果然,实验结果表明:VISTA可以在酸性pH (6.0) 条件下直接与白细胞结合,而在正常的生理pH(7.4)条件下却检测不到结合。此外,作者发现VISTA的单抗VISTA.4以及相同抗原表位的抗体可以抑制VISTA与免疫细胞的结合,增强T细胞的功能,而其他抗原表位的单抗如VISTA.5则没有效果。这些结果表明VISTA可以pH选择性的抑制T细胞功能,但仍不清楚的是VISTA是否是通过组氨酸富集结构域来与受体进行结合的。

 

进一步的实验发现,VISTA.4单抗识别的的确是VISTA组氨酸残基富集的抗原表位,这提示组氨酸残基在酸性pH条件下的质子化可能是VISTA结合受体的关键所在。因此,作者首先通过对VISTA.4进行点突变筛选,获取了酸性pH特异性的抗体—VISTA.18。分析结构发现,VISTA.18结合在组氨酸残基富集的结构域,而没有封闭作用的VISTA.5则结合在相反的结构域。

 

为了找到VISTA的受体,作者用改造后的VISTA蛋白在酸性pH条件下与CD4+T细胞进行孵育,最终富集到几个可能的目标受体,其中包括PSGL-1(P-selectin glycoprotein ligand-1)。PSGL-1已经被鉴定出是T细胞的抑制性受体,并在慢性的病毒感染,肿瘤和自身免疫疾病中发挥功能【4】。体外实验表明PSGL-1的确可以在酸性pH条件下特异的与VISTA结合,并且这种结合可以被重组P-selectin和VISTA抗体所抑制。此外,作者还发现,与P-selectin不同的是 (PSGL-1与P-selectin结合需要其自身酪氨酸的硫酸化和唾液酸化修饰共同参与) ,VISTA与PSGL-1结合只是酪氨酸硫酸化依赖的。结构数据表明,PSGL-1硫酸化的酪氨酸残基Y46和Y48与VISTA的组氨酸残基H153和H154之间可以形成离子相互作用,并且PSGL-1的E56和Y51残基可以与VISTA的H98和H100相互作用。这些结果表明:PSGL-1与VISTA的结合由PSGL-1硫酸化的酪氨酸残基与VISTA质子化的组氨酸残基所介导。

 

最后,作者对VISTA的抗肿瘤免疫功能进行了探究。作者发现,单独地用VISTA 和PD-1的抗体处理荷瘤小鼠并不能明显抑制肿瘤的生长,而二者联用之后效果十分显著。此外,联合治疗可以显著增强T细胞对肿瘤细胞的渗透能力,减少肿瘤内T细胞抑制性受体的表达,包括PD-1、LAG-3和TAM-3。

 

综上,该工作不仅找到了VISTA在酸性pH条件下的选择性受体——PSGL1,使得我们在分子层面更好地理解了VISTA抑制T细胞免疫应答的具体分子机制。更有意思的是,他们的工作揭示了T细胞的功能同时也会受到肿瘤微环境的酸性pH所调控,这或许能帮我们解释目前所观测到的一些临床现象。

 

原文链接:
https://doi.org/10.1038/s41586-019-1674-5
1. Ribas, A. & Wolchok, J. D. Cancer immunotherapy using checkpoint blockade. Science 359, 1350–1355 (2018).
2. Gao, J. et al. VISTA is an inhibitory immune checkpoint that is increased after ipilimumab therapy in patients with prostate cancer. Nat. Med. 23, 551–555 (2017).
3. Blando, J. et al. Comparison of immune infiltrates in melanoma and pancreatic cancer highlights VISTA as a potential target in pancreatic cancer. Proc. Natl Acad. Sci. USA 116,1692–1697 (2019).
4. Matsumoto, M., Miyasaka, M. & Hirata, T. P-selectin glycoprotein ligand-1 negatively regulates T-cell immune responses. J. Immunol. 183, 7204–7211 (2009).
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