原發(fā)性肺癌是我國最常見的惡性腫瘤。從病理和治療角度，肺癌大致分為非小細胞肺癌(NSCLC)和小細胞肺癌(SCLC)兩大類。由于早期診斷較差，肺癌成為人類健康的“頭號殺手”。盡管外科手術(shù)水平取得了提高，并且一些分子靶向治療已獲得了FDA 批準(zhǔn)，但 NSCLC的死亡率仍然很高[1]。近年來，免疫療法，特別是靶向?PD-1/PDL-1 軸的免疫療法，顯著改善了一部分NSCLC 患者的總生存期[2]。然而，由于腫瘤微環(huán)境(tumor microenvironment，TME)中的各種免疫抑制障礙，大多數(shù)(>75%)患者幾乎沒有臨床獲益[2,3]。

未折疊蛋白反應(yīng)(Unfolded protein response，UPR)因其免疫調(diào)節(jié)能力而受到重視。TME中的不利條件，如缺氧、營養(yǎng)饑餓和氧化應(yīng)激，會破壞浸潤細胞中內(nèi)質(zhì)網(wǎng) (ER) 的蛋白質(zhì)折疊能力，引發(fā)“ER應(yīng)激”狀態(tài)[4]。?在ER應(yīng)激期間被激活，需要內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激感應(yīng)蛋白(IRE1α)激活后，其核糖核酸內(nèi)切酶結(jié)構(gòu)域會剪接XBP1的mRNA，誘導(dǎo)UPR靶基因表達。

此前，有報道異常IRE1α-XBP1信號傳導(dǎo)促進了卵巢癌的免疫逃逸和轉(zhuǎn)移[5]。在慢性阻塞性肺病和囊性纖維化的背景下進行過研究和最近的一項研究表明，XBP1s介導(dǎo)的胰島素樣生長因子結(jié)合蛋白3 (IGFBP3)的上調(diào)促進了 NSCLC 的侵襲和轉(zhuǎn)移[6,7]。然而，IRE1α-XBP1 信號在NSCLC 中的免疫調(diào)節(jié)作用在很大程度上仍未得到探索。

2023 年 1 月 9 日，根據(jù)威爾康奈爾(Weill Cornell Medicine)研究人員在Nature?Communications上發(fā)表的一項研究，肺癌細胞中常見的高水平蛋白質(zhì)控制著一種主要的免疫抑制途徑，可使肺部腫瘤逃避免疫攻擊[8]。這一發(fā)現(xiàn)可以加速克服這種腫瘤防御機制并改善肺癌患者預(yù)后的治療方法的發(fā)展。此項研究中，研究人員發(fā)現(xiàn)XBP1s表達與 NSCLC 患者的不良預(yù)后相關(guān)。使用?NSCLC 的KRAS 小鼠模型，發(fā)現(xiàn)癌細胞固有的?IRE1α 促進顯著的腫瘤內(nèi)免疫抑制，從而促進惡性進展。

首先，研究人員開發(fā)了一個計算模型，量化剪接的XBP1 mRNA 亞型 (XBP1s) 相對于TCGA 數(shù)據(jù)庫中RNA-seq 數(shù)據(jù)的總XBP1轉(zhuǎn)錄本的百分比，以確定 IRE1α-XBP1 信號在 NSCLC 患者中的臨床相關(guān)性。與高XBP1相比，低XBP1患者的總生存期 (OS) 顯著改善，XBP1高中位數(shù)為 37.6 個月，XBP1低中位數(shù)為 58.3 個月。為了證明存活率的差異是 IRE1α-XBP1 軸特有的，而不是由于更廣泛的 UPR 反應(yīng)，團隊進行了基因集富集分析?(GSEA)，將頂部和底部XBP1s與來自分子特征數(shù)據(jù)庫的 UPR 特征進行比較，Hallmark UPR 特征和XBP1s靶基因都在XBP1s高患者隊列中富集。這些發(fā)現(xiàn)表明，IRE1α-XBP1 激活與人類 NSCLC 的總生存期較差有關(guān)，XBP1s水平可預(yù)測人類 NSCLC 的存活率降低。

接下來，研究人員采用了肺癌的突變體Kras G12D p53 -/- (HKP1) 原位模型，該模型在同源免疫活性 C57BL/6 小鼠中發(fā)展為與人類NSCLC具有組織病理學(xué)相似性的腺癌，研究了 IRE1α-XBP1 信號在非小細胞肺癌中的功能作用。與體內(nèi)正常肺駐留上皮細胞相比，HKP1 腫瘤細胞中的UPR信號增加。相對于載體對照，從HKP1腫瘤中分選出的mCherry+腫瘤細胞中存在 IRE1α-XBP1 的強烈激活，與體外經(jīng)歷毒胡蘿卜素 (Tg) 誘導(dǎo)的 ER 應(yīng)激的 HKP1 細胞相當(dāng)，表明癌細胞中?IRE1α 的缺失會延遲腫瘤生長并提高NSCLC小鼠模型的存活率。此外，研究人員評估了癌細胞固有的 IRE1α 丟失對 HKP1 腫瘤進展的影響。10天之后，與?IRE1α WT對照相比，癌細胞誘導(dǎo)的腫瘤消退中的 IRE1α 缺陷。與對照組相比，IRE1α KO荷瘤小鼠的總體存活率顯著增加。此外，IRE1α KO小鼠中 XBP1s 誘導(dǎo)的腫瘤生長與存活率降低相關(guān)，IRE1α WT（28 天）、IRE1α KO（41 天）和 IRE1α KO Xbp1s（31 天）的中位存活率?？傊?，這些結(jié)果揭示了?IRE1α-XBP1 信號在 NSCLC 中的主要促腫瘤作用。

為了確定由?IRE1α 缺失引起的腫瘤消退表型的潛在機制，研究人員在兩個不同的生長時間點對從?IRE1α WT或 IRE1α KO腫瘤中分選出的 mCherry+ 惡性上皮細胞進行了 RNA-seq，差異調(diào)節(jié)基因的分析（第?10 天和第 14 天）揭示了 IRE1α KO樣本上調(diào)基因中免疫相關(guān)類別的富集。IRE1α WT癌細胞在細胞周期、代謝、膽固醇和類固醇生物合成基因程序中表現(xiàn)出富集，表明?IRE1α 的癌細胞內(nèi)在丟失可能已經(jīng)重新編程了 HKP1 腫瘤的免疫微環(huán)境。HKP1 腫瘤中 IRE1α 的缺失并不影響浸潤性 CD45+ 細胞的總數(shù)，但它顯著改變了不同腫瘤內(nèi)免疫細胞亞群的比例，免疫表型數(shù)據(jù)表明由 IRE1α 缺失引起的適應(yīng)性抗腫瘤免疫反應(yīng)的激活，其在第 14 天表現(xiàn)出與觀察到的腫瘤消退表型一致。總之，這些數(shù)據(jù)表明癌細胞固有的?IRE1α-XBP1 可能會削弱 TME 中適應(yīng)性免疫細胞的殺瘤能力，從而促進免疫逃避和惡性進展。

那么癌細胞固有 IRE1α 激活如何塑造腫瘤免疫微環(huán)境呢？

研究人員策劃了一個免疫調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)集，通過比較 IRE1α WT和 IRE1α KO HKP1 細胞確定的具有差異調(diào)節(jié)基因的數(shù)據(jù)庫分析表明，類花生酸和 WNT/β-連環(huán)蛋白是 IRE1α WT腫瘤中最富集的途徑。與RNA-seq 發(fā)現(xiàn)一致，BALF分析表明，與攜帶 IRE1α WT腫瘤的小鼠相比，攜帶 IRE1α KO HKP1 腫瘤的小鼠的 PGE 2水平顯著降低。因此，假設(shè)腫瘤細胞通過IRE1-XBP1 激活分泌的PGE 2可能調(diào)節(jié)腫瘤免疫微環(huán)境。在具有用 Ptges 重建的IRE1α KO腫瘤的小鼠中觀察到正常的腫瘤生長動力學(xué)。此外， IRE1α KO小鼠中Ptges誘導(dǎo)的腫瘤生長與存活率降低相關(guān)，IRE1α WT的中位存活期為 28 天， IRE1α KO為 56.5 天，IRE1α KO Ptges為32 天（32 天）。這些結(jié)果確定了 IRE1α-mPEGS1-PGE 2軸在實驗性 NSCLC 進展和宿主存活中的作用。

此后，研究人員使用小鼠 IRE1α 特征預(yù)測人類 NSCLC 的結(jié)果。團隊系統(tǒng)地評估了各種統(tǒng)計參數(shù)，包括倍數(shù)變化 (FC) 和錯誤發(fā)現(xiàn)率 (FDR)，以確定與人類 NSCLC 生存相關(guān)的最佳基因特征。與 HKP1 模型一致，GO 分析突出了 IRE1α KO上調(diào)標(biāo)志性人類 NSCLC 隊列中免疫介導(dǎo)過程的改變。富含 IRE1α KO高特征的患者顯示微環(huán)境評分增加，這是所有免疫和基質(zhì)細胞評分的總和，表明整體增強的免疫環(huán)境。

總而言之，研究團隊發(fā)現(xiàn)?IRE1α 基因特征可預(yù)測人類 NSCLC 中的免疫細胞浸潤和總體存活率，同時揭示了癌細胞固有?IRE1α 激活的免疫調(diào)節(jié)作用，并表明靶向該通路可能有助于增強 NSCLC 的抗腫瘤免疫力。該研究的共同通訊作者Vivek Mittal 博士說：“我們發(fā)現(xiàn)XBP1s是調(diào)節(jié)肺部腫瘤局部免疫環(huán)境的癌細胞重要通路的一部分，并且可以敲降它以增加抗癌免疫力”。另一共同通訊作者Cubillos-Ruiz博士說：“靶向IRE1α-XBP1 可能代表一種非常有用的雙管齊下的治療方法，它可以控制肺癌的進展，同時誘導(dǎo)保護性抗腫瘤免疫?！币虼?，癌細胞內(nèi)在激活 IRE1α 信號是 TME 中免疫抑制的驅(qū)動因素，表明靶向這種 ER 壓力傳感器可能代表一種“雙管齊下”的治療方法來抑制惡性細胞，同時引發(fā)有效的抗癌作用免疫。IRE1α 基因特征有可能作為疾病的預(yù)后/診斷生物標(biāo)志物，并可能監(jiān)測針對 IRE1α-XBP1 通路的療法的療效。

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