乒乓免疫—翻转细胞膜的磷脂酰丝氨酸成为癌症的免疫疗法

在中国，乒乓球项目的地位尤为特殊。我们有拥有最辉煌成绩的不败之师；我们还有最庞大的群众基础——民间也不乏隐世高手。历史上，乒乓外交也是一段传奇。专业的球手有时会通过翻转球拍来击打乒乓球，从而利用球拍两面的正胶与反胶，精确控制乒乓的运动轨迹和旋转方向。

癌细胞也有类似的手段。他们可以通过翻转细胞膜的磷脂酰丝氨酸（phosphatidylserine, PS），在细胞膜上产生类似于“正胶与反胶”的效果。这样，当处于PS翻转不同状态的癌细胞“击打”与之相互作用的免疫细胞时，就会产生不一样的，甚至是相反的免疫结果。因此，人为控制癌细胞膜上的PS的翻转，就有可能成为一种癌症的免疫疗法。近日，美国匹兹堡大学希尔曼癌症中心的Yi-Nan Gong团队详细研究了PS翻转在肿瘤治疗中的重要作用与分子机制。相关成果于2022年11年1日发表在Cell Reports上。

PS在健康细胞中仅分布在细胞膜磷脂双分子层的内侧。PS的不对称性分布是由 ATP 依赖的翻转酶（flippase, e.g. CDC50A/ATP11c complex）维持的，翻转酶消耗ATP催化PS从磷脂双分子层外侧转移到内侧。然而在凋亡的细胞中，内侧的PS会被暴露在磷脂双分子层的外侧。这个由内而外的翻转过程依赖PS 促翻转酶（scramblase， Xkr8）。暴露在外侧的PS会引导巨噬细胞等通过胞葬作用（efferocytosis）将凋亡细胞清除。在肿瘤中，外翻的PS，还可以充当抗肿瘤免疫反应的抑制信号，从而使得那些依赖诱导凋亡的抗肿瘤治疗方案（常规化疗或者放疗）的临床效果大打折扣。

为了研究PS翻转的在肿瘤中的免疫变化，研究团队通过CRISPR/Cas9改造细胞系，建立了将内侧的PS持续外翻的肿瘤模型（CDC50a-KO，PSout），以及将凋亡肿瘤细胞的外侧PS翻至内侧的肿瘤模型（Xkr8-KO， PSin）。利用这两个肿瘤模型，研究团队揭示了在肿瘤微环境中，将细胞膜内侧的PS翻至外侧会抑制肿瘤抗原的呈递，从来促进肿瘤的发展；相反，如果将凋亡细胞外侧PS的翻至细胞膜内侧，则可激活肿瘤免疫，从而抑制肿瘤的生长。

分子机制方面，研究团队利用PSout肿瘤模型发现外翻的PS可以限制肿瘤相关巨噬细胞（Tumor-associated macrophages，TAMs）的MHC-I/II的表达，进而影响肿瘤抗原呈递。PS受体Tim-3，而不是Tim-4介导了外翻PS在肿瘤中的识别。

相反，在PSin的肿瘤模型中，肿瘤中PS的内翻会造成凋亡细胞的积累。积累的凋亡细胞会激活cGAS产生cGAMP，进而激活肿瘤微环境中的免疫细胞的I型干扰素信号通路。这些免疫细胞包括TAMs，以及自然杀伤细胞（NK cells）等，它们共同抑制肿瘤的生长。同时，在PSin的肿瘤模型中，抑制抗癌免疫的细胞因子IL-10的水平也大幅降低。

该项研究的最大亮点是它为肿瘤治疗提供一个全新的靶点，即PS 促翻转酶 Xkr8。研究团队发现，联合抗PD-1方案，Xkr8失活可以使得小鼠完全剔除肿瘤。虽然目前没有靶向Xkr8的小分子药物，研究团队使用慢病毒颗粒敲低肿瘤中Xkr8的shRNA，或者与Li Song 实验室合作使用纳米颗粒导入敲低肿瘤中Xkr8的siRNA（与化疗药物联合使用），这些治疗方案都看到了显著的抗癌效果。

总而言之，该研究通过可以将PS双向翻转的肿瘤模型，成功揭秘了PS的翻转与肿瘤生长的相互作用机制，并且鉴定了Xkr8成为肿瘤治疗提供一个全新靶点。

博士后Weihong Wang为文章的第一作者。此项工作由Yi-Nan Gong 和Binfeng Lu 共同担任通讯作者，主干工作在Yi-Nan Gong实验室完成。本项研究得益于Li Song 实验室开发的全新纳米颗粒，其相关报道也将于近期发表于Nature Nanotechnology。同时，Li Song 实验室也独立鉴定出Xkr8可以成为肿瘤治疗中的一个全新靶点。

巩乙南实验室

位于匹兹堡大学，希尔曼肿瘤中心的巩乙南实验室致力于研究在细胞程序性死亡过程中细胞膜的动态变化及其相关免疫反应和疾病治疗策略。巩乙南博士师从邵峰院士（博士导师）和Douglas Green 院士（博士后导师），在相关领域取得多项原创成就 （Cell 2017, Dev. Cell 2022, Analytical Chemistry 2022, etc.）。巩乙南实验室被多项NIH资金资助，包括DP2，R21以及P30。巩乙南博士是NIH Director's New Innovator Award 2021年获奖者 （https://commonfund.nih.gov/newinnovator/AwardRecipients），奖项包括超过150万美金资助（https://commonfund.nih.gov/newinnovator）。巩乙南实验室热忱欢迎有激情、有好奇心，乐于拼搏的博士后、博士等加入团队，一起探索未知的奇妙世界。参见https://www.yinangong.com/join-us

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制版人：十一

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