Cell | 新自噬调控者参与肿瘤免疫逃逸的分子机制

撰文 | 咸姐

在医学的疆域里，免疫系统与肿瘤之间的较量是一场旷日持久的战争。主要组织相容性复合体I类（MHC I类） 分子在适应性免疫反应中起着关键作用，作为免疫系统的哨兵，以其独特的方式在细胞表面展示抗原肽，激活CD8+ T细胞，从而精确地识别并清除那些潜藏于我们体内的病变细胞，维护机体的健康【1】。然而，肿瘤细胞并非束手就擒的猎物，它们演化出了种种狡猾的策略以逃避免疫系统的监视，其中之一便是通过干扰MHC I类分子的表达和功能来隐匿自己，从而在免疫监视的缝隙中悄然生长。

MHC I类分子是重链——跨膜糖蛋白人白细胞抗原 （HLA） 和轻链——β2-微球蛋白 （B2M） 形成的异二聚体，它们对抗原肽的展示过程是高度选择性和精确的。它们在内质网中组装，经过严格的质量控制，确保只有正确折叠并装载了正确肽段的MHC I类分子才能被运送到细胞表面。而那些未能正确组装的MHC I类分子，例如那些未能结合B2M或肽段的分子，会在质量控制过程中被识别并标记为降解。这个过程通常涉及到内质网相关的降解 （ERAD） 途径，或者通过自噬途径进行【1,2】。自噬是一种细胞内部清除和回收组分的过程，它通过形成双层膜结构的自噬体，将需要降解的组分包裹起来，然后与溶酶体融合，利用溶酶体内的酶将这些组分分解。自噬不仅在细胞应对营养匮乏、清除受损的细胞器和蛋白质方面发挥着重要作用，而且在调节免疫反应和抵抗病原体入侵中也扮演着关键角色【3,4】。

在这场细胞与肿瘤的博弈中，免疫相关GTP酶家族Q（IRGQ） 蛋白的发现揭开了肿瘤逃逸的新面纱。2024年10月30日，来自德国法兰克福大学的Ivan Dikic团队在Cell上在线发表题为IRGQ-mediated autophagy in MHC class I quality control promotes tumor immune evasion的文章，发现一个新的自噬受体——IRGQ，可通过与GABARAPL2和LC3B的相互作用，以自噬依赖的方式被转运到溶酶体，从而作为MHC I类质量控制的关键调节因子影响其表达，介导肿瘤免疫逃逸。由此不仅增进了人们对肿瘤免疫逃逸机制的理解，而且为开发新的癌症治疗策略提供了潜在的靶点，通过调节IRGQ的水平，可能有助于提高患者的免疫反应和生存率。

为了探究自噬货物受体网络，本文研究人员通过CRISPR-Cas9技术敲除（KO）了细胞中的ATG5和FIP200基因以阻断自噬体向溶酶体的运输过程，并比较了野生型 （WT） 细胞与缺乏ATG5或FIP200的细胞的溶酶体内容物。结果发现，在自噬功能受损的细胞中，自噬货物和溶酶体中的自噬受体均减少，而在整个细胞水平上则会积累。利用多重TMT （串联质量标签） 标记结合溶酶体免疫沉淀 （LysoIP） 定量分析在自噬过程中与溶酶体相关的蛋白质，研究人员识别出了那些在自噬过程中丰度发生变化的蛋白质，其中包括IRGQ。

IRGQ属于免疫相关GTP酶 （IRG） 家族，在防御细胞内病原体中起重要作用。在小鼠中有24个IRG基因，但在人类中只有3个是保守的，IRGQ就是其中之一。有研究表明，小鼠的IRG基因是IFN诱导的GTP酶，但本文研究人员发现，IRGQ是个例外，因为它缺乏结合GTP的关键残基，并且在自噬诱导时，IRGQ的水平会下降，这一过程依赖于ATG5或FIP200。与此同时，研究人员发现IRGQ可以与自噬调节蛋白GABARAPL2相互作用，后者是哺乳动物ATG8家族自噬调节因子的一员，对于自噬体的形成、货物招募和自噬体-溶酶体融合至关重要。研究结果显示，在营养饥饿条件下，IRGQ与GABARAPL2一同在溶酶体中积累，而在GABARAPL2缺失的细胞中，IRGQ则无法积累在溶酶体，说明IRGQ的运输需要ATG8家族蛋白的参与。这些结果表明IRGQ不是一种传统的由IFN诱导的GTP酶，而是一个在自噬过程中发挥作用的蛋白质。

进一步地探讨IRGQ与自噬机制的相互作用，研究人员发现IRGQ能够与多种人类ATG8蛋白结合，其中与GABARAPL2的结合最为强烈。质谱分析在IRGQ中鉴定出两个保守的LC3相互作用区域 （LIR） ，对于IRGQ与ATG8蛋白的结合至关重要。利用氢氘交换质谱 （HDX-MS） 技术和晶体结构分析，研究人员确定了IRGQ与GABARAPL2和LC3B复合物的结构，展示了IRGQ通过其LIR1和LIR2位点与ATG8蛋白的结合方式，即LC3B通过LIR2基序以单一的结合模式与IRGQ结合，而GABARAPL2尽管具有两种潜在的结合模式 （既能结合LIR1也能结合LIR2） ，但它更倾向于首先与IRGQ的N端结构域结合，随后是LIR1基序。

为了评估IRGQ的生理作用，研究人员对IRGQ WT和KO细胞进行了多重TMT-总蛋白质组分析，结果发现在IRGQ KO的细胞中MHC I类分子的积累显著增加，而且IRGQ的缺失并不影响MHC I类mRNA的水平，但在蛋白质水平上，IRGQ的缺失导致MHC I类分子在肿瘤细胞和正常原代细胞的细胞表面的积累。在不同的细胞类型中，IRGQ的高表达与HLA水平的降低相关，反之亦然。那么IRGQ介导的MHC I类的不稳定的机制是什么呢？研究人员发现IRGQ基因敲除可导致MHC I类蛋白在内质网中的积累。为了监测自噬诱导后IRGQ的定位，研究人员使用了互补亲和纯化 （BiCAP） 技术——将分裂Venus系统 （Vn和Vc） 的两半分别连接到两个可能相互作用的蛋白质上，当这两个蛋白质形成复合物时，会生成一个功能性的荧光蛋白，研究结果观察到IRGQ与MHC I类分子在自噬诱导后在内质网膜、自噬体和溶酶体中的共定位，表明IRGQ和MHC I类分子能够形成复合物并一起被运输到溶酶体中。与此同时，研究人员发现，IRGQ能够通过自噬途径促进MHC I类分子的降解，特别是在营养饥饿条件下，IRGQ与MHC I类分子的相互作用增强，导致更多MHC I类分子被运送到溶酶体中进行降解。进一步实验结果表明，在IRGQ KO的细胞中，非构象MHC I类分子的积累更为显著，这些分子在细胞内形成聚集体，并在细胞表面检测到游离的HLA重链。值得一提的是，游离HLA重链在WT细胞上是检测不到的，因为存在严格的质量控制机制。通过一系列实验，研究人员证实了IRGQ在自噬过程中，对于非构象MHC I类分子的降解起着关键作用，且这种降解功能还依赖于其与LC3B和GABARAPL2的相互作用。以上实验结果证实，IRGQ在MHC I类分子的质量控制中发挥作用，并指导非构象MHC I类分子进行自噬体-溶酶体降解。

IRGQ被认为是人类肝细胞癌 （HCC） 中一种可能的致癌基因。本研究发现，IRGQ在HCC中的高表达与MHC类I基因的低表达相关，并且与患者较短的生存时间相关联。在IRGQ表达较低的HCC患者中，尤其是那些肿瘤中有较高CD8+ T细胞浸润的患者，生存预后更好，提示IRGQ是CD8+ T细胞浸润升高的HCC肿瘤的潜在靶点。通过构建HCC小鼠模型，研究人员发现IRGQ基因敲除的小鼠相比于野生型的小鼠，生存时间显著延长，并且肿瘤负担减轻。进一步的实验显示，这种生存优势依赖于CD8+ T细胞的激活，使用抗CD8抗体处理会抵消IRGQ缺失带来的生存益处。此外，IRGQ缺失的肿瘤细胞能够更强烈地激活人T细胞和CD8+ T细胞，表明IRGQ的缺失通过增强MHC I类分子的表达和随后的CD8+ T细胞反应，从而限制了肿瘤的生长，揭示了IRGQ在HCC免疫逃逸中的重要作用。

综上所述，本研究证实IRGQ是一种免疫调节因子，也是HCC潜在的生物标志物或治疗靶点，阐明了IRGQ作为一种自噬受体，在自噬介导的MHC I类分子降解和质量控制过程中作用的分子机制，这一机制对T细胞免疫产生了重要影响，由此不仅增进了人们对IRGQ在自噬过程中功能的理解，也突出了其在调节免疫反应中的重要性，特别是在肿瘤免疫逃逸和抗肿瘤免疫应答中，为通过靶向IRGQ来增强肿瘤免疫治疗的效果提供了更深的认识。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.cell.2024.09.048

制版人：十一

参考文献

1. Raghavan, M., Del Cid, N., Rizvi, S.M., and Peters, L.R. (2008). MHC class I assembly: out and about.Trends Immunol. 29, 436–443.

2. Springer, S. (2015). Transport and quality control of MHC class I molecules in the early secretory pathway.Curr. Opin. Immunol.34, 83–90.

3. Dikic, I. (2017). Proteasomal and Autophagic Degradation Systems.Annu. Rev. Biochem.86, 193–224.

4. Levine, B., Mizushima, N., and Virgin, H.W. (2011). Autophagy in immunity and inflammation.Nature469, 323–335.

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