Cell：表觀遺傳修飾抑制PD-1阻斷介導的T細胞功能的恢復丨BioArt特別推薦

BioArt按：在慢性感染或癌症發生過程中，持續性的抗原刺激或炎症信號導致T細胞效應功能的抑制，通常稱之為T細胞「耗竭（exhaustion）」【1】。處於耗竭狀態的T細胞細胞因子應答降低、細胞毒作用減弱，同時伴隨著表面抑制性受體( Inhibitory Receptors, IRs)表達上調。表面抑制性受體作為免疫檢查點(Immune-checkpoint)調控T細胞的效應功能。通過阻斷免疫檢查點來恢復耗竭T細胞的功能在癌症和慢性感染治療中備受關注，並臨床上取得了不錯的效果，但大部分患者對免疫檢查點阻斷無應答是該領域面臨的最大挑戰【2】。目前對免疫檢查點阻斷無應答的分子機制還不明確。6月29日Cell雜誌在線發表了聖猶達兒童研究醫院Ben Youngblood團隊題為「De Novo Epigenetic Programs Inhibit PD-1 Blockade-Mediated T Cell Rejuvenation」的研究論文。該研究團隊發現，在持續性的淋巴脈絡叢腦膜炎病毒（LCMV）感染過程中，通過抑制De Novo DNA甲基轉移酶Dnmt3a能夠抑制活化的CD8 T細胞中新生DNA甲基化，從而維持持續性病毒感染中CD8 T細胞的效應功能，並在Tramp-C2腫瘤模型中得到了驗證。該研究論文提出了新生DNA甲基化是調控T細胞耗竭和免疫檢查點阻斷治療無應答的重要因素。免疫檢查點阻斷和新生DNA甲基化抑制相結合，為癌症和慢性感染治療提供新的思路。

論文解讀：

癌症和慢性感染性疾病是人類面臨的重大健康問題，其中癌症的治療是人類面臨的最大難題。PD-1阻斷治療來回補耗竭CD8 T細胞功能成為治療癌症和慢性感染最為有效的方法之一。但目前的研究發現，很大一部分患者對PD-1阻斷治療無應答，可能存在某種細胞內源性的分子機制影響PD-1介導的T細胞功能的回補。Ben Youngblood團隊發現了T細胞耗竭相關的DNA甲基化是影響PD-1阻斷治療的重要因素。

最近的研究表明，CD8 T細胞從naïve向effector分化過程中，表型和功能的改變與全基因組DNA甲基化編程的改變密切相關【3】。那麼，CD8 T細胞的耗竭是否受新生DNA甲基化的影響呢？該研究利用全基因組重亞硫酸鹽測序（Whole-genome bisulfite sequencing, WGBS）的方法比較了WT和Dnmt3a條件性敲除小鼠在慢性淋巴脈絡叢腦膜炎病毒（LCMV）感染下，naïve、effector和exhaustion三個不同階段的CD8 T細胞全基因組甲基化水平。結果表明，相比較於naïve階段，effector CD8 T細胞具有多達10000個去甲基化區域，WT CD8 T細胞比Dnmt3a cKO CD8 T細胞多了約980個新生甲基化區域，這一結果也證明了CD8 T細胞效應分化過程中伴隨著大量的表觀遺傳修飾的改變。同時，研究人員比較了effector向exhaustion轉化過程中CD8 T細胞全基因組的甲基化水平，WT CD8 T細胞較Dnmt3a cKO小鼠CD8 T細胞多了1200個Dnmt3a介導的DNA甲基化區域，並且這些甲基化區域大部分集中在效應功能、細胞增殖相關基因區域，如IFNγ、Tcf7、Myc。

為了證明新生DNA甲基化是否影響了PD-1阻斷介導的T細胞功能的復甦？anti-PD-L1抗體的處理顯著增加了慢性感染的WT小鼠抗原特異性的CD8 T細胞，但IFNγ、Myc區域DNA甲基化水平並沒有改變。相比於WT小鼠，慢性LCMV感染的Dnmt3a cKO小鼠PD-1阻斷處理后具有較高比例的抗原特異性的CD8 T細胞和較高的細胞因子應答（IL-2、IFNγ）。同樣的結果在經典的Tramp-C2腫瘤模型中得到了驗證，腫瘤浸潤的PD-1hi CD8 T細胞IFNγ、Myc、Tcf區域高度甲基化,同時給予PD-1阻斷和DNA去甲基化試劑DAC處理增加了腫瘤浸潤的CD8 T細胞的增殖，腫瘤的生長得到顯著性抑制。

該研究揭示了T細胞耗竭過程中伴隨著大量的新生DNA甲基化，新生DNA甲基化編程可能是影響PD-1阻斷治療無應答的潛在分子機制。這一研究成果為免疫檢查點阻斷治療提供了新的思路。值得注意的是，在對於anti-PD1治療反應性不同的腫瘤類型（黑色素瘤，結腸癌等）中，是否存在新生DNA甲基化和anti-PD1治療反應性的負向相關性值得進一步探討，另外，作為一個臨床使用的化療藥物，DAC的作用是否只是通過去甲基化來增強腫瘤浸潤的CD8 T細胞的功能還有待進一步研究。

這項工作的為表觀治療聯合免疫治療檢查點阻斷治療提供了新的理論基礎和思路。值得一提的是，當前FDA批准的DNA去甲基化試劑，例如地西他濱（decitabine），不僅可以直接靶向於腫瘤細胞，在另一個層面，可直接作用於上述過程，限制CD8 T細胞exhanstion過程中的DNA甲基化修飾, 從而增強anti-PD-1/L1的反應性和治療效果。所以在不同靶細胞中，該藥物抗腫瘤上的作用效果是一致的。另外有意思的是， 在T細胞抗腫瘤效應中，由Tet家族介導的DNA去甲基化過程同樣扮演非常重要的作用.多個研究發現，在T細胞激活過程中Tet2及DNA 5羥甲基化修飾表達下調。2016年Nature報道，S-2-羥戊二酸可以競爭抑制Tet2的功能，能增強T細胞增殖和抗腫瘤的能力(Tyrakis et al., 2016)。未來如何更好的認識T細胞activate、differentiate、exhaustion過程中的甲基化和去甲基化的修飾及潛在作用, 是靶向T細胞表觀治療的一個重要問題。

通訊作者 Benjamin Youngblood教授（左）及論文第一作者 Hazem Ghoneim博士（右）。圖片引自：ScienceDaily網站

1. Wherry, E.J. (2011). T cell exhaus tion. Nat. Immunol. 12, 492–499 .

2. Sha rma, P., and Allison, J.P. (2015a). The future of immune checkp oint ther-apy. Science 348, 56–61.

3. Sch arer, C.D. , Barwick, B.G., Yo ungblood, B.A., Ahmed, R., and Boss, J.M.(201 3). Glo bal DNA methylatio n remode ling accompani es CD8 T cell effector funct ion. J Immunol. 191 , 3419–34 29.

4. Ghoneim et al.,De Novo Epigenetic Programs Inhibit PD-1 Blockade-Mediated T cell Rejuvenation, Cell 170, 1-16.

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