《自然》重磅：中科院科學家首次揭開PD-1蛋白降解機制，白介素-2可促進該過程，增強T細胞抗癌能力｜科學大發現

提起腫瘤免疫治療，離不開PD-1。咱們知道這個蛋白給免疫系統踩了剎車，讓癌細胞有機可乘，那麼除了直接用單抗拮抗，還有沒有其他的辦法能幹掉它呢？

今日的《自然》雜誌上刊登了一項「全華班」的重磅成果，來自中科院生物化學與細胞生物學研究所的許琛琦課題組揭示了PD-1經泛素化降解的通路，確定了一個關鍵酶FBXO38，並描述了其在調節T細胞抗癌功能中的作用[1]。

在人類腫瘤組織和癌症小鼠模型中，FBXO38轉錄水平均有所下降，添加IL-2則能恢復轉錄水平從而下調PD-1，這很有希望帶來新的PD-1通路療法！

許琛琦

俗話說知己知彼百戰不殆，想要幹掉PD-1，搞清楚它是怎麼來的、又是怎麼沒的，顯然是很有必要的。

研究者們首先嘗試著觀察了T細胞表面PD-1的動態變化。嗯？很奇怪，當T細胞被激活2天之後，PD-1水平達到巔峰，隨後便開始緩緩下降，又過了2天便回復到最初的水平了；但是表達PD-1的PDCD1基因的轉錄水平並不是這樣，下降幅度和蛋白水平完全不成正比！所以研究者猜測，除了自然的「生老病死」之外，PD-1應該還有其他的在蛋白水平上的調節方式！

事實上，當研究者用免疫印跡法去尋找蛛絲馬跡的時候就發現，PD-1在外周血單核細胞和Jurkat細胞中存在泛素化！

可見蛋白變化和RNA完全不在一條線上

這個泛素化，一下說起來還有點複雜。泛素是一類普遍存在的調節蛋白，能夠在一系列特殊酶的作用下給細胞中不同的蛋白質進行不同的修飾，這個過程就叫泛素化。泛素化對蛋白的調節有很重要的作用，其中在特定位點上的泛素化會直接將蛋白帶向被蛋白酶體降解的道路，這個過程還有個很詩意的外號「molecular kiss of death」。

泛素化主要有三大步，泛素激活酶E1激活泛素分子，把泛素轉移到泛素結合酶E2上，E2再與泛素連接酶E3共同識別靶蛋白。這三步中，E3是關鍵的識別模塊，所以說如果PD-1存在泛素化降解，那麼必然存在一個只認知PD-1的E3蛋白。

泛素化過程

最終研究者從100多個可能的E3分子中篩選出來的就是FBXO38了，它是SCF蛋白家族的一員，這是一類靶向膜蛋白的泛素連接酶[2-4]。

好，就讓我們來看看這個FBXO38到底有多大能量！

研究者在小鼠中選擇性敲除了T細胞的FBXO38基因，並且檢查了T細胞的各種生理狀況。嗯，看起來似乎還好，沒了這個基因，T細胞的發育還是挺正常的，外周血中的T細胞種類、數量都很穩定並沒有受到影響。

T細胞的功能也沒有因此損傷，T細胞受體（TCR）和CD28水平以及被激活後的反應都和正常T細胞一樣。

研究者隨後檢查了一系列的免疫檢查點，PDCD1的轉錄水平倒是不受影響，但是在CD8+和CD4+T細胞中，PD-1水平都增加了！這好像是PD-1獨有的現象，另外一個檢查點LAG-3就沒有這樣的變化。

敲除FBXO38之後PD-1明顯變多了

研究者還嘗試給小鼠們移植了黑色素瘤和結直腸癌，結果敲除了FBXO38的小鼠明顯腫瘤進展更快，腫瘤浸潤T細胞中PD-1水平更高，雖然T細胞的種類和數量都不受影響，但是這些T細胞明顯增殖能力受損、分泌細胞因子也減少了。

這樣的T細胞，怕是打不過腫瘤了吧！研究者分別給黑色素瘤小鼠輸了缺少FBXO38和正常的T細胞。考慮到現實情況不會一點兒FBXO38都沒有，所以這次的T細胞是用發卡RNA處理的，FBXO38表達降低了50%以上。

這批被敲低FBXO38的T細胞明顯戰力不足。雖然看著都是一樣的TCR、一樣的CD28，但是來到與腫瘤的近身戰就原形畢露了，表面PD-1水平增加，增殖能力也下降了。

這些足以證明，FBXO38可以通過調節PD-1水平來影響T細胞的抗腫瘤能力。

日常都還好，一到腫瘤身邊就慫了（。）

這個現象在臨床上也有跡可循。對人類腫瘤組織的分析顯示，腫瘤微環境中的PD-1+T細胞明顯比外周更多，它們FBXO38轉錄明顯更低。

此前有科學家認為，縱然有腫瘤作為抗原給予刺激，但是在腫瘤微環境中缺乏協同刺激和細胞因子，實際上T細胞是得不到充分的激活的[5]，或許這能夠解釋為什麼FBXO38轉錄降低。

那就多給點刺激！研究者嘗試了多種細胞因子，發現獨獨白介素-2（IL-2）能夠顯著增加T細胞中的FBXO38轉錄，降低細胞表面PD-1水平。進一步分析顯示，IL-2主要激活的轉錄因子STAT5正好直接與FBXO38的啟動子結合！

其實以前也有臨床研究發現，IL-2對轉移黑色素瘤和腎癌有治療作用，但是機制一直都搞不清楚[6-8]，另外一組學者則發現IL-2可以抑制慢性感染模型中T細胞表面的的PD-1[9]，看起來真相就是和FBXO38以及PD-1有關啦！

考慮到IL-2是抗癌界老兵了，不知道是不是可以迅速開展相關研究呢？針對FBXO38也大有文章可做，PD-1看你往哪跑！

編輯神叨叨

這兩天瓜從科研圈吃到娛樂圈，也是見到了不少奇怪的不知道到底在想什麼的人……算了算了，我還是乖乖看我的論文吧，起碼都過了同行評審了= =

參考資料：

[1]https://www.nature.com/articles/s41586-018-0756-0

[2] Li, C.-W. et al. Glycosylation and stabilization of programmed death ligand-1 suppresses T-cell activity. Nat. Commun. 7, 12632 (2016).

[3] Zhao, J. et al. F-box protein FBXL19-mediated ubiquitination and degradation of the receptor for IL-33 limits pulmonary infammation. Nat. Immunol. 13, 651–658 (2012).

[4] Skaar, J. R., Pagan, J. K. & Pagano, M. SCF ubiquitin ligase-targeted therapies. Nat. Rev. Drug Discov. 13, 889–903 (2014).

[5] Sharma, P. & Allison, J. P. The future of immune checkpoint therapy. Science 348, 56–61 (2015).

[6] Krieg, C., Létourneau, S., Pantaleo, G. & Boyman, O. Improved IL-2 immunotherapy by selective stimulation of IL-2 receptors on lymphocytes and endothelial cells. Proc. Natl Acad. Sci. USA 107, 11906–11911 (2010).

[7] Zhu, E. F. et al. Synergistic innate and adaptive immune response to combination immunotherapy with anti-tumor antigen antibodies and extended serum half-life IL-2. Cancer Cell 27, 489–501 (2015).

[8] Rosenberg, S. A. IL-2: the frst efective immunotherapy for human cancer. J. Immunol. 192, 5451–5458 (2014).

[9] West, E. E. et al. PD-L1 blockade synergizes with IL-2 therapy in reinvigorating exhausted T cells. J. Clin. Invest. 123, 2604–2615 (2013).

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本文作者 | 代絲雨

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