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 分类: 医学研究, 转录组测序

中文标题:基于铱(III)的PD-L1激动剂调节p62和ATF3用于增强癌症免疫治疗

英文标题:Iridium(III)-Based PD-L1 Agonist Regulates p62 and ATF3 for Enhanced Cancer Immunotherapy

期刊名称:Journal of Medicinal Chemistry

影响因子:7.3

合作单位:南京师范大学

百迈客生物在该研究中提供了转录组测序及部分数据分析服务。

研究背景

金属复合物是一种靶向细胞器诱导的免疫原性细胞死亡(ICD)的抗癌药物,可用于乳腺癌和结肠癌的抗肿瘤免疫治疗,然而,肿瘤细胞可能在治疗后自适应表达PD-L1,从而刺激肿瘤自我保护机制,进一步加剧免疫抑制肿瘤微环境(TME),阻碍效应T细胞的浸润和激活。PD-1是一种调节T细胞衰竭的核心细胞表面受体,T细胞会由于PD-1与PD-L1(PD-1配体)结合而失活,导致肿瘤免疫逃逸,阻断PD-1/PD-L1通路可以逆转TME,增强内源性抗肿瘤免疫应答,然而以PD-L1高表达为特征的免疫原性肿瘤或“热肿瘤”相对于“冷肿瘤”(非免疫原性)来说,对ICB(免疫检查点阻断)治疗更为敏感,因此,一种基于促进PD-L1表达水平的策略有望将“冷肿瘤”转化为“热肿瘤”,并提高ICB的治疗效果。

为了有效刺激PD-L1的表达,本文研究团队根据之前的工作,合成了激动剂Ir-UA(铱-松萝酸)复合物,Ir-UA主要作用于线粒体,导致严重的线粒体功能障碍,包括产生过量活性氧(ROS)和线粒体膜电位(MMP)丧失。线粒体氧化磷酸化(OXPHOS)和糖酵解均受到抑制,从而阻止了A549细胞从代谢适应中的治疗性逃逸。

材料方法

材料:Ir-UA处理前后的A549细胞(人非小细胞肺癌细胞系);

方法:转录组+免疫荧光+WB(蛋白印迹分析)+ROS检测+线粒体膜电位检测等

研究结果

据报道,天然产物UA(松萝酸)具有刺激ATF3表达的能力,产生显著的ROS来启动氧化应激。然而,UA的溶解度和生物利用度极低,而研究团队之前报道过线粒体靶向复合物Ir-NH2,可通过p62积累阻断线粒体吞噬对NSCLC A549细胞的抗增殖能力,而PD-L1水平的上调不显著,于是研究团队结合IrNH2和UA合成了复合物Ir-UA,实现了通过p62和ATF3的同时促进来启动PD-L1的显著过表达,产生“1+1>2”的效果。

为了证明Ir-UA对PD-L1表达的强大调节能力,研究团队进行了转录组分析,并比较了Ir-UA处理前后的基因表达情况,KEGG分析结果表明,癌症进展的各种途径显著变化。例如,在Ir-UA处理后观察到与PD-L1表达高度相关的信号通路,如磷脂酰肌醇3-激酶(PI3K)-AKT信号通路、Janus激酶/信号传感器和转录激活因子(JAKSTAT)信号通路、丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)信号通路等。此外,还检测到控制先天或适应性免疫细胞的信号通路,如核因子-κB(NF-κB)信号通路、细胞因子−细胞因子受体相互作用,白细胞介素17(IL-17)信号通路,肿瘤坏死因子信号通路等,它们对从“冷肿瘤”向“热肿瘤”的转变和克服αPD-L1耐药性起到了重要作用。GSEA结果显示吞噬小体和OXPHOS显著富集,提示Ir-UA可能触发自噬小体的形成并抑制OXPHOS。值得注意的是,包括ATF3在内,癌症中的PD-L1的表达和PD-1检查点通路也显著富集,这些结果证实了IrUA增强了PD-L1相关基因的转录。细胞毒性评估结果显示,与A549细胞相比,Ir-UA对正常HLF细胞的半抑制浓度高了5倍,据推测,利用PD-L1作为治疗靶点,可能通过选择性地调节TME中的免疫反应来降低毒性。与Ir-NH2相比较,Ir-UA的亲脂性以及A549细胞线粒体中的积累量均有明显提升,进一步证实了Ir-UA具有较强的线粒体靶向能力。

为了进一步探讨Ir-UA诱导线粒体功能障碍的复杂机制,该研究利用ROS检测及流式细胞术检测到,在Ir-UA处理的A549细胞中,ROS显著增加,MMP显著丧失,说明Ir-UA可诱导细胞内ROS的过量产生,导致线粒体损伤。此外作者还测量了细胞外酸化率(ECAR),与未处理的A549细胞相比,Ir-UA处理后的基础糖酵解、糖酵解能力和糖酵解储备也受到抑制。

这些结果表明,Ir-UA不仅抑制OXPHOS,还抑制糖酵解,从而切断它们之间的转换,最终导致细胞死亡。结合WB结果,该研究证实了Ir-UA可以阻断A549细胞的自噬,诱导p62的积累,从而可能促进PD-L1的表达。结合RNA-seq结果中PD-L1相关基因表达水平变化和自噬阻断的变化,作者综合了免疫印迹及流式细胞术的结果,表明Ir-UA可诱导肿瘤细胞中PD-L1的高表达,这可能是由自噬阻断和ATF3上调的协同作用引起的,有望导致“冷肿瘤”向“热肿瘤”的过渡。之后,该研究在皮下移植的LLC细胞肿瘤小鼠模型中验证了其抗肿瘤效果,证实,Ir-UA和αPD-L1联合使用可显著抑制具有良好生物安全性的小鼠体内肿瘤的生长。

 

参考文献:

Deng D, Wang M, Su Y, Fang H, Chen Y, Su Z. Iridium(III)-Based PD-L1 Agonist Regulates p62 and ATF3 for Enhanced Cancer Immunotherapy. J Med Chem. 2024 Apr 25;67(8):6810-6821. doi: 10.1021/acs.jmedchem.4c00404. Epub 2024 Apr 13

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