用于肿瘤免疫药物高通量筛选的类器官平台

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在乳腺癌中，遗传异质性、缺乏可用的靶点和免疫逃避都是导致免疫检查点阻断治疗临床反应率有限的原因。免疫分析、综合多组学分析和肿瘤微环境研究揭示了乳腺癌免疫逃避机制与普遍存在的肿瘤抗原的免疫识别抑制存在有显著关系【1】。在肿瘤产生和进展过程中，一些基因的转录抑制，如与抗原处理和呈递相关的基因、免疫检查点基因、趋化因子和其他免疫相关基因，降低了肿瘤细胞与肿瘤浸润淋巴细胞的相互作用，从而使肿瘤细胞逃脱免疫攻击。调控表观遗传的药物，如DNA甲基转移酶和组蛋白去乙酰化酶抑制剂，被认为具有通过重编程肿瘤细胞基因转录，从而具有逆转免疫抑制的功能【2】。目前对癌细胞表观遗传学的研究进展，将促进我们对人类癌症免疫抵抗的认识，并为使用表观遗传和免疫治疗联合药物作为抗癌治疗建立坚实的临床前研究开发基础【3】。尽管乳腺癌免疫治疗是一个发展迅速的领域，但用于高通量药物发现和验证的技术方法和动物模型滞后于其发展。用于评估肿瘤免疫识别的肿瘤器官模型成为免疫治疗或联合治疗药物筛选的最有力工具之一。

2021年11月1日，美国印第安纳大学Xiongbin Lu教授课题组在Nature Biomedical Engineering 杂志上发表了文章An organoid-based screen for epigenetic inhibitors that stimulate antigen presentation and potentiate T-cell-mediated cytotoxicity，报道了一种基于小鼠或癌症患者来源的乳腺肿瘤类器官(Tumor organoids) 联合肿瘤特异性T细胞功能相互作用的高通量筛选方法，用以筛选出能够促进抗原呈递和增强T细胞介导的细胞毒性表观遗传抑制剂。

他们建立的药物筛选机制如图1。首先将能够表达OVA短肽的小鼠乳腺癌细胞原位移植到免疫正常的C57BL/6小鼠，以产生乳腺肿瘤。收集肿瘤并将其分离成单个细胞进行2D培养，只收集贴壁细胞以生成肿瘤类器官。将一定直径的肿瘤类器官在无基质培养基中给予药物治疗48小时。与OVA-specific CD8 T细胞共同培养，进一步筛选出能够用以筛选出能够促进抗原呈递和增强T细胞介导的细胞毒性的药物。本研究对用于药物筛选的乳腺肿瘤类器官的细胞组分，大小，肿瘤发生（tumorigenesis）和肿瘤缺氧条件进行了研究与分析，使之与小鼠体内肿瘤微环境贴近。

图1：运用肿瘤类器官的免疫治疗药物筛选方法示意图。

作者下一步利用三种不同的筛选方法（乳腺肿瘤类器官-T细胞模型，2D乳腺肿瘤细胞-T 细胞模型，肿瘤细胞抗原呈递表达筛选模型）对候选药物进行筛选，并对它们的优劣进行了比较。作者发现，经筛选鉴定的表观遗传抑制剂GSK-LSD1、CUDC-101和BML-210在小鼠原位乳腺肿瘤中显示出抗肿瘤活性，并在具有自体肿瘤浸润T细胞的人类患者源性肿瘤器官 (PDOs) 中得到进一步验证。进一步研究结果显示了这些药物明显地上调了乳腺肿瘤细胞主要组织相容性复合体I类介导的抗原递呈。另外，使用BML-210治疗后，乳腺肿瘤对免疫检查抑制剂PD-1 单抗的治疗敏感度显著增高 。这个肿瘤类器官-T细胞筛选平台建立了肿瘤细胞杀伤活性的标准化测量，并可用于筛选一系列癌症的候选免疫疗法。

美国印第安纳大学研究助理教授周卓龙博士为本研究的第一作者。他近几年的研究方向主要是从事3D肿瘤类器官模型的开发与运用，癌症免疫药物的治疗机制等研究。美国印第安纳大学Xiongbin Lu教授与Xinna Zhang 教授为共同通讯作者。Xiongbin Lu 教授为印第安纳大学Simon综合癌症中心Experimental and Developmental Therapeutics Program的共同负责人，多年来从事癌症精准治疗和免疫治疗等方面的研究。Xiongbin Lu教授带领的课题组近年来在癌症治疗方面的多项研究成果分别在Nature, Nature Nanotechnology, Science Translational Medicine, Cancer Cell 和Journal of Clinical Investigation等多个杂志上发表。有兴趣的博士后研究人员请投递简历。

简历投递（有意者请将个人简历等材料发至）：

https://jinshuju.net/f/ZqXwZt

原文链接：

https://doi.org/10.1038/s41551-021-00805-x

制版人：十一

参考文献

1. Zacharakis, N. et al. Immune recognition of somatic mutations leading to complete durable regression in metastatic breast cancer. Nat Med 24, 724-730 (2018).

2. Villanueva, L., Alvarez-Errico, D. & Esteller, M. The Contribution of Epigenetics to Cancer Immunotherapy. Trends Immunol 41, 676-691 (2020).

3. Dravis, C. et al. Epigenetic and Transcriptomic Profiling of Mammary Gland Development and Tumor Models Disclose Regulators of Cell State Plasticity. Cancer Cell 34, 466-482 e466 (2018).

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