Cancer Cell | 癌症翻译失调：免疫治疗靶向抗原的潜在来源

撰文 | 咸姐

近年来，癌症免疫疗法在临床治疗中取得了显著的突破，尤其是基于肿瘤新抗原（neoantigens）的免疫治疗策略。新抗原是指肿瘤细胞中由于基因突变产生的异常蛋白质片段，这些片段可以被T细胞识别为外来物质，从而激发免疫反应来攻击肿瘤细胞。然而，目前的个性化免疫疗法在某些癌症类型中效果有限，尤其是在低肿瘤突变负荷（TMB）的患者中，因为这些患者的肿瘤细胞中可识别的突变数量较少，难以找到足够的靶点。此外，即使在高TMB的肿瘤中，能够被T细胞有效识别并引发免疫反应的新抗原也只占突变的极小部分，这进一步限制了免疫疗法的广泛应用【1,2】。为了克服这一限制，研究者们开始探索非突变来源的新抗原。这些新抗原可能来源于转录、剪接或翻译过程的失调。在癌细胞中，翻译过程的失调尤为常见，因为癌细胞为了快速增殖，常常会劫持翻译机制，导致翻译保真度下降。这种翻译失调可能产生异常的肽段，这些肽段如果被肿瘤细胞的MHC分子呈现在细胞表面，就可能被T细胞识别为外来物质，从而成为免疫治疗的潜在靶点【3,4】。然而，目前对于翻译失调是否能够产生足够的新抗原来增强抗肿瘤免疫反应，以及这些新抗原是否能够被T细胞有效识别并引发免疫反应，还知之甚少。

为了深入探讨翻译失调在肿瘤免疫控制中的作用，近日，来自以色列魏兹曼科学研究所的Yardena Samuels团队在Cancer Cell上在线发表题为Translation dysregulation in cancer as a source for targetable antigens的文章，通过敲除tRNA修饰酶——tRNA wybutosine（yW）合成蛋白2（TYW2）来研究其对肿瘤细胞翻译保真度和免疫原性的影响，发现黑色素瘤细胞中TYW2的缺失会诱导异常肽段的MHC呈递，从而增强肿瘤的免疫原性和对免疫检查点阻断（ICB）疗法的敏感性，以此证实了翻译失调在介导抗肿瘤免疫中的作用。同时发现黑色素瘤患者体内TYW2的表达水平能够预测临床治疗效果，突显了翻译调控因子作为免疫治疗靶点的潜力，为未来个性化免疫治疗策略的开发提供了新的方向。

TYW2是一种tRNA Ado-Met依赖性转移酶，在反密码子附近的tRNAPhe位置37 (G37) 参与yW的合成，促进核糖体阅读框的维持。为了探究TYW2缺失对肿瘤翻译组和免疫肽组的影响，研究人员利用CRISPR-Cas9技术敲除了黑色素瘤细胞系中的TYW2。通过质谱分析检测tRNAPhe的修饰状态，研究人员发现TYW2缺失导致tRNAPhe的yW修饰丧失。利用双荧光蛋白报告系统来评估TYW2缺失对程序性核糖体移码（PRF）的影响，结果显示TYW2 KO细胞中PRF事件显著增加。核糖体分析进一步揭示了TYW2缺失导致核糖体在苯丙氨酸（Phe）密码子处的停留时间增加，由此表明，虽然低修饰的tRNAPhe对蛋白质合成没有整体影响，但由于在Phe密码子处的特定停顿，TYW2敲除（KO）细胞可能更容易出现阅读框错误。

随后，研究人员通过免疫肽组学技术分析了TYW2 KO细胞所呈现的异常肽段。质谱分析从黑色素瘤细胞系中鉴定出大量由TYW2缺失诱导产生的移码（out-of-frame）肽段，这些肽段能够被MHC分子呈递并可能被T细胞识别为外来抗原。与野生型（WT）细胞相比，TYW2 KO细胞中移码肽段的数量显著增加，且这些肽段倾向于出现在源蛋白的N端，它们与已知的HLA结合肽段具有相似的特征，并且在某些HLA等位基因中表现出更高的结合亲和力，证实TYW2的缺失与异常肽的内源性HLA呈递有关。与此同时，对分离出的蛋白酶体的降解产物进行分析显示，与WT细胞相比，KO细胞的降解产物具有显著差异，且检测到的降解产物数量更多，并且发现了多个仅在KO细胞中出现的移码和跨框（trans-frame）肽段。这些数据表明，TYW2缺失导致的翻译保真度缺陷表现为降解组和免疫肽组的显著差异。进一步地，研究人员从健康供体中分离外周血单个核细胞（PBMC），并将其与负载有上述移码肽段的成熟树突状细胞（DC）共培养，利用流式细胞术进行检测后发现，这些由TYW2缺失诱导产生的移码肽段能够激活CD8+ T细胞，具有免疫原性。进一步测试这些肽段激活自体幼稚CD8+ T细胞的能力，结果显示在6名供体中，有5名和3名分别对两种移码肽段产生反应，而对已知突变编码的新抗原则无反应，证实了这些移码肽段的免疫原性。

随后，研究人员在体内测试了翻译异常对免疫监视的贡献。将Tyw2 KO的小鼠黑色素瘤细胞接种到免疫健全的小鼠体内后，实验结果显示，与WT细胞相比，Tyw2 KO的肿瘤细胞生长显著减缓，而且这种生长抑制作用依赖于CD8+ T细胞的存在。同时，将肿瘤细胞裂解物（TCL）加载到DC上，再与CD8+ T细胞共培养后发现，与WT TCL相比，Tyw2 KO TCL能够显著增强CD8+ T细胞的增殖。这些结果表明，Tyw2的缺失能够增强肿瘤细胞的免疫原性，激活CD8+ T细胞，从而抑制肿瘤生长。进一步地通过单细胞RNA测序（scRNA-seq）分析Tyw2 KO与WT肿瘤的免疫微环境差异，研究人员发现，与WT肿瘤相比，Tyw2 KO肿瘤中CD8+ T细胞的比例在第21天显著增加，且这些CD8+ T细胞更多地表现为耗竭状态，这种耗竭与诱导抑制性检查点受体共表达的高水平持续抗原刺激有关。此外，通过CODEX多色组织成像技术，研究人员进一步确认了Tyw2 KO肿瘤中CD8+ T细胞的浸润增加和耗竭特征。这些发现表明，Tyw2的缺失不仅增强了肿瘤的免疫原性，还导致了CD8+ T细胞的大量浸润和耗竭，这可能与肿瘤免疫微环境的改变有关。

既然在Tyw2 KO肿瘤免疫微环境中观察到了T细胞衰竭特征，那么Tyw2 KO荷瘤小鼠是否能从ICB疗法中获益呢？研究人员给与荷瘤小鼠抗程序性死亡蛋白1（PD-1）抗体治疗，发现与WT肿瘤小鼠相比，Tyw2 KO肿瘤小鼠对PD-1抗体治疗的反应显著增强，表现为肿瘤生长延迟，部分小鼠甚至达到无肿瘤或肿瘤体积极小的状态。通过分析小鼠的T细胞反应，研究人员还发现Tyw2 KO小鼠的T细胞能够特异性识别并反应于由Tyw2缺失诱导产生的异常肽段，进一步证实了Tyw2缺失能够增强肿瘤对ICB疗法的敏感性。与此同时，研究人员分析了黑色素瘤患者的临床数据和样本，结果显示，较低的TYW2表达水平与改善的无进展生存期（PFS）相关，且在治疗中的样本中，TYW2表达水平能够预测ICB疗法的反应，低表达水平与更好的治疗反应相关。研究还发现TYW2表达水平与肿瘤微环境中的免疫激活基因表达相关，低TYW2表达与肿瘤中CD8+ T细胞的浸润增加和细胞毒性及耗竭活性增强相关。这些发现强调了TYW2在抗肿瘤免疫和癌症免疫治疗中的关键作用，其作用范围从小鼠模型扩展到各种临床环境。

综上所述，本研究阐明了tRNA修饰酶TYW2的缺失如何影响异常肽段的生成、肿瘤识别和免疫介导的肿瘤消除，揭示了翻译失调在肿瘤免疫中的重要作用，为开发新的癌症免疫疗法提供了理论基础，并为预测患者对ICB疗法的反应提供了潜在的生物标志物。此外，本研究的结果还强调了非突变来源的新抗原在肿瘤免疫中的潜力，为未来个性化免疫治疗策略的开发提供了新的方向。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.ccell.2025.03.003

制版人： 十一

参考文献

1. Gubin, M.M., Zhang, X., Schuster, H., et al. (2014). Checkpoint blockade cancer immunotherapy targets tumour-specific mutant antigens.Nature515, 577–581.

2. Sellars, M.C., Wu, C.J., and Fritsch, E.F. (2022). Cancer vaccines: Building a bridge over troubled waters.Cell185, 2770–2788.

3. Ouspenskaia, T., Law, T., Clauser, K.R., et al. (2022). Unannotated proteins expand the MHC-I-restricted immunopeptidome in cancer.Nat. Biotechnol.40, 209–217.

4. Mohler, K., and Ibba, M. (2017). Translational fidelity and mistranslation in the cellular response to stress.Nat. Microbiol.2, 17117.

学术合作组织

（*排名不分先后）

战略合作伙伴

（*排名不分先后）

（*排名不分先后）

转载须知

【原创文章】BioArt原创文章，欢迎个人转发分享，未经允许禁止转载，所刊登的所有作品的著作权均为BioArt所拥有。BioArt保留所有法定权利，违者必究。

BioArt

Med

Plants

人才招聘

会议资讯

近期直播推荐