结直肠癌中mTOR信号异常导致树突状细胞发育障碍的机制研究

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结直肠癌(colorectal cancer,CRC)是全球最常见的恶性肿瘤之一,发病率和死亡率很高。根据Global Cancer Observatory(GCO)数据显示:CRC的发病率已上升到第三位,而死亡率更是上升至第二位。2020年,CRC患者超过190万例,死亡935,000例。目前治疗CRC的方法首选还是手术切除,尚未能找到治疗其转移和复发的有效方法。现普遍认为癌症的发生是由于基因组和表观遗传的改变累计而形成的。另外,炎性环境的形成在肿瘤的发生和发展过程中也起着关键作用。肿瘤微环境中不仅包含肿瘤细胞,还有大量的基质细胞和炎性细胞。这些炎性细胞主要包括单核细胞/巨噬细胞、树突状细胞(dendritic cells,DCs)、肥大细胞、嗜中性粒细胞、自然杀伤(nature killer,NK)细胞以及T细胞。这些细胞与肿瘤细胞之间通过直接接触或者分泌细胞因子或趋化因子的方式而发相互作用。DCs作为连接天然免疫应答和适应性免疫应答的重要桥梁,在抗原识别、抗原提呈、启动适应性免疫应答、诱导和维持自身免疫耐受过程中发挥着重要的作用。DC亚群一般可分为经典DCs(conventional DCs,c DCs)和浆细胞样DCs(plasmacytoid DCs,p DCs)。长期以来,人们一直认为CRC几乎没有免疫原性,但是一些研究发现,CRC患者体内可能存在抗肿瘤免疫应答。与其它恶性肿瘤相似,CRC的肿瘤抗原募集DCs,并促进其成熟和释放细胞因子,从而诱导免疫应答,发挥抗肿瘤作用。DCs也可直接迁移至CRC部位,成为肿瘤浸润的树突状细胞(tumor infiltration DCs,TIDCs),其能减缓肿瘤的进展和转移。然而,CRC通过不同方式来抑制肿瘤部位的免疫应答,从而导致肿瘤微环境中的免疫功能异常,实现免疫逃逸,其中DCs分化发育的障碍和功能的缺失可能起着重要的作用。尽管我们意识到DCs在癌症治疗中的潜在作用,但是对肿瘤中DCs不能有效诱导免疫应答的机制尚不完全清楚。有大量文献报道m TOR信号在DCs发育分化过程中起着重要作用。激活或者降低m TOR信号活性都能调控DCs不同亚群的发育分化和功能,有时甚至出现相矛盾的现象。另外,分化抑制因子2(inhibitor of DNA binding or differentiation,Id2)是一个重要的转录因子,在DCs的分化发育中也有着重要作用,对DCs的不同亚群有不同的调控作用。虽然有报道称m TOR信号可以调控Id2,但是其具体机制尚不清楚。因此,了解DCs与肿瘤之间的相互作用对理解肿瘤免疫逃逸机制具有重要意义,为肿瘤的治疗提供了新的思路和策略。目的本研究旨在探究CRC发生时,肿瘤微环境内和外周血中DCs的变化,阐明DCs发育分化异常的机制;探究m TOR信号对DCs发育分化的影响,并阐明m TOR信号调控DCs发育分化的具体机制。方法1.收集CRC患者的肿瘤组织和癌旁组织,流式检测其中DCs的比例及其CD83、CD80和CD86的表达;体外诱导人单核来源的DCs(monocyte derived dendritic cells,mo DCs),流式检测健康人群和CRC患者两组外周血中DCs比例和CD83、CD80、CD86的表达。2.流式检测健康人群和CRC患者外周血DCs中p S6k(T389)的表达水平;体外诱导人mo DCs和小鼠骨髓来源的树突状细胞(bone marrow derived dendritic cells,BMDCs),检测Rapamycin处理前后DCs比例和CD80、CD86的变化。3.检测Rapamycin处理前后BMDCs、TSC2+/+小鼠胚胎成纤维细胞(TSC2+/+mouse embryonic fibroblasts,MEFTSC2+/+)、MEFTSC2-/-、D2SC和DC2.4细胞中Id2蛋白的变化。4.检测Rapamycin处理前后BMDCs、MEFTSC2+/+、MEFTSC2-/-中Id2的m RNA水平;检测放线菌酮处理前后MEFTSC2+/+、MEFTSC2-/-中Id2蛋白变化;检测CQ、3m A、Baf A1处理前后D2SC和DC2.4中Id2蛋白变化。5.Co-IP验证Raptor是否能与STAT3直接作用,并检测rapamycin处理前后MEFTSC2+/+、MEFTSC2-/-、D2SC和DC2.4中STAT3及其磷酸化水平的变化。6.检测IL-6或Stattic处理前后D2SC和DC2.4中Id2、p62和LC3B蛋白水平的变化;DC2.4细胞转染ptf-LC3质粒后,共聚焦显微镜观察rapamycin和Stattic处理前后,绿色荧光和红色荧光的变化。7.体外诱导小鼠BMDCs,流式检测rapamycin和IL-6处理前后DCs的比例和CD80、CD86的表达变化;体外诱导WT小鼠和DC-RaptorΔ小鼠BMDCs,流式检测两组中DCs的比例和CD80、CD86的表达。8.体外诱导小鼠c DCs,流式检测rapamycin处理前后c DCs和CD8+-like c DCs的比例变化;体外培养WT和DC-RaptorΔ小鼠c DCs,流式检测两组中c DCs和CD8+-like c DCs的比例变化。9.流式检测WT和DC-RaptorΔ小鼠脾脏、淋巴结和肠系膜淋巴结中CD8+c DCs的比例;流式检测肺、肝、胸腺和肠固有层中CD103+c DCs的比例。10.小鼠右侧腋窝下皮内接种MC38细胞,14天后,取左侧和右侧淋巴结,流式检测其中CD8+c DCs的比例。结果1.CRC肿瘤组织中DCs比例减少,CD83和CD80、CD86表达降低;CRC来源的mo DCs比例降低,而CD83和CD80、CD86未见明显变化。2.CRC来源的外周血里的DCs中p S6k(T389)表达降低;rapamycin抑制人mo DCs和小鼠BMDCs发育分化,CD80和CD86表达降低。3.rapamycin抑制BMDC、MEFTSC2+/+、MEFTSC2-/-、D2SC和DC2.4中Id2蛋白表达。4.rapamycin对BMDCs、MEFTSC2+/+、MEFTSC2-/-中Id2的m RNA无明显影响;m TORC1减缓Id2蛋白降解;抑制自噬可稳定Id2蛋白的表达水平。5.m TORC1通过Raptor直接正向调控STAT3表达和磷酸化水平。6.STAT3促进Id2蛋白的表达。7.IL-6能逆转rapamycin对BMDCs的抑制作用,DCs中特异性敲除Raptor抑制BMDCs发育分化,CD80和CD86表达降低。8.Raptor特异性敲除和rapamycin抑制c DCs和CD8+-like c DCs发育分化。9.Raptor特异性敲除的小鼠中,脾脏、淋巴结和肠系膜淋巴结中CD11b-CD8+c DCs的比例减少,肺、肝、胸腺和肠固有层中CD11b-CD103+c DCs的比例减少。10.与未接种MC38一侧相比,接种侧引流淋巴结内CD8+c DCs比例减少。结论CRC发生时,肿瘤部位浸润的DCs比例、成熟度和功能均降低,同时外周血中的DCs比例也降低;CRC患者中,外周血里DCs中m TORC1信号活性降低,从而抑制了DCs的发育分化。m TORC1可以通过Raptor直接与STAT3作用促进其表达和磷酸化,进而抑制细胞自噬水平,减缓Id2蛋白的降解,促进了c DC1s的发育分化。这一结果的发现为发生肿瘤时产生的免疫耐受提供了新的理论依据,同时为体外优化DC疫苗提供新的思路。
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