靶向抑制CYP4F增强抗PD-1治疗肺癌的作用及分子机制研究

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目的:抗PD-1治疗在非小细胞肺癌中显示了令人振奋的治疗效果,然而,其总体应答率仅为20-30%。因此,研究新的靶点和联合治疗策略提高抗PD-1治疗的临床疗效,并使多数患者获益是当前的热点和前沿问题。肿瘤代谢是目前比较热门的研究领域。细胞色素P450 4F(Cytochrome P450 4F,CYP4F)催化的花生四烯酸代谢及其产物20-HETE与肿瘤生长和血管生成关系密切,可能是抗肿瘤治疗的潜在靶点。肿瘤相关成纤维细胞(Cancer-associated fibroblasts,CAFs)是肿瘤微环境中最主要的基质细胞,可通过旁分泌和胞外基质重塑促进异常血管生成,还通过成纤维细胞激活蛋白(Fibroblast activated protein,FAP)等形成免疫抑制微环境并影响免疫治疗疗效。本文研究靶向抑制CYP4F催化的花生四烯酸代谢阻断肿瘤细胞与CAFs的交互作用重塑免疫抑制的肿瘤微环境,从而提高抗PD-1治疗疗效的作用及分子机制,有望为肺癌免疫治疗提供新的靶点和联合疗法。方法:(1)采用GEO数据库分析非小细胞肺癌组织中CYP4F2的表达水平;Kaplan-Meier生存曲线分析CYP4F2表达与患者总体生存率的关系;TCGA数据库或人肺癌组织芯片分析CYP4F2表达与CD8+T细胞浸润指标CD8A和活化指标Gzm B和IFN-γ的相关性;(2)采用GEO数据库分析CYP4F2表达与成纤维细胞活化标志FAP和血管生成标志CD31的相关性;(3)C57BL/6小鼠左侧肋部皮下接种Lewis-m Cherry-luciferase肺癌细胞制备鼠移植瘤模型,当肿瘤体积达到约100 mm~3时,将荷瘤小鼠随机分为模型组、HET0016(5 mg/kg)处理组和DDMS(7.5 mg/kg)处理组。小动物活体成像系统检测瘤组织的荧光强度;检测瘤重;q PCR检测肿瘤细胞CYP4F2同工酶CYP4F13表达;q PCR和双重免疫荧光染色检测成纤维细胞活化标志(α-SMA和FAP)水平;免疫荧光法检测微血管密度和周细胞覆盖(CD31+NG2+);免疫荧光法和流式细胞术检测CD4+T细胞和CD8+T细胞数以及IFN-γ和颗粒酶B水平;(4)制备Lewis肺癌细胞和GFP+L929成纤维细胞混合接种模型,分为对照组(野生型Lewis肺癌细胞)、混种组(野生型Lewis肺癌细胞+GFP+L929细胞)、对照慢病毒混种组(对照慢病毒颗粒转染Lewis肺癌细胞+GFP+L929细胞)和CYP4F13high混种组(CYP4F13慢病毒激活颗粒转染Lewis肺癌细胞+GFP+L929细胞),按上述方法检测瘤组织荧光强度和瘤重、CAFs中α-SMA和FAP水平、肿瘤血管周细胞覆盖率和CD8+T细胞数及IFN-γ与颗粒酶B水平;(5)C57BL/6小鼠左侧肋部皮下接种CYP4F13慢病毒激活颗粒转染的小鼠Lewis-m Cherry-luciferase肺癌细胞(CYP4F13high)制备鼠移植瘤模型,将小鼠随机分为对照组和曲尼斯特(Tranilast,200 mg/kg)处理组,通过灌胃给曲尼斯特2周敲减成纤维细胞。按上述方法检测瘤组织荧光强度和瘤重、肿瘤血管周细胞覆盖率和CD8+T细胞数及IFN-γ与颗粒酶B水平;(6)A549人肺腺癌细胞分别给予CYP4F2过表达(CYP4F2high)或抑制剂(DDMS和HET0016)处理,收集培养上清制备条件培养液,将此条件培养液处理MRC-5人成纤维细胞,免疫荧光染色检测成纤维细胞活化标志α-SMA水平;(7)将WI38成纤维细胞与活化的CD8+T细胞或人脐静脉内皮细胞(HUVEC)和人脑血管周细胞(HBVP)共培养,CFSE分子探针检测CD8+T细胞增殖,q PCR检测CD8+T细胞中IFN-γ和颗粒酶B水平,Transwell实验检测内皮细胞与周细胞的迁移;(8)CYP4F2过表达干预A549人肺腺癌细胞制备的条件培养液处理MRC-5人成纤维细胞24 h,q PCR检测成纤维细胞中免疫抑制分子IL-6、IL-10、IL-13、TGF-β、HGF、VEGF、CCL5、CXCL9、CXCL10、CXCL13、PD-L1和PD-L2表达;ELISA检测IL-6和TGF-β产出;将上述成纤维细胞给予TGF-β单抗、IL-6单抗或PD-L1单抗处理,检测其对CD8+T细胞增殖和IFN-γ与颗粒酶B表达及内皮细胞与周细胞迁移的影响;(9)Western blot检测MRC-5和L929成纤维细胞中GPR75、STAT3和p-STAT3表达;MRC-5和L929细胞给予GPR75慢病毒敲除颗粒预处理后,再给予20-HETE处理,Western blot检测p-STAT3;q PCR检测α-SMA和PD-L1 m RNA表达;ELISA检测培养上清中TGF-β产出;CFSE分子探针检测CD8+T细胞增殖;(10)C57BL/6小鼠左侧肋部皮下接种Lewis-m Cherry-luciferase肺癌细胞制备鼠移植瘤模型,当肿瘤体积达到约100 mm~3时,将荷瘤小鼠随机分为HET0016(5 mg/kg)处理组、PD-1单抗(10 mg/kg)处理组、联合HET0016(5 mg/kg)与PD-1单抗(10 mg/kg)处理组和溶媒对照组。检测肿瘤体积、瘤重和小鼠生存期。结果:(1)CYP4F2在人非小细胞肺癌组织中表达水平较配对癌旁正常组织显著提高,与总体生存期显著负相关,且CYP4F2表达与CD8+T细胞浸润指标CD8A和活化指标Gzm B和IFN-γ水平显著负相关;(2)GEO数据库分析结果,CYP4F2与成纤维活化标志FAP及血管生成标志CD31显著正相关;(3)CYP4F抑制剂DDMS和HET0016显著降低Lewis肺癌组织荧光强度和瘤重,提高瘤组织CD8+T细胞浸润以及Gzm B和IFN-γ水平,增加CD31+NG2+血管数,并显著减少CAFs中α-SMA和FAP表达;(4)混合接种CYP4F13highLewis肺癌细胞与GFP+L929成纤维细胞促进肿瘤生长,抑制CD8+T细胞的浸润和IFN-γ与颗粒酶B表达,并减少CD31+NG2+血管数;(5)靠曲尼斯特敲减成纤维细胞后逆转了CYP4F13过表达对肿瘤生长,血管异常化和CD8+T细胞的作用;(6)免疫荧光染色结果,CYP4F2在A549人肺腺癌细胞中的过表达可显著增加MRC-5人成纤维细胞α-SMA表达,而HET0016和DDMS抑制α-SMA表达;(7)经CYP4F2high条件培养液处理的WI38人成纤维细胞显著抑制与其共培养的CD8+T细胞的增殖及Gzm B和IFN-γ水平,并增加内皮细胞迁移和抑制周细胞迁移,而HET0016和DDMS可抑制这些作用;(8)与LV-NC条件培养液处理的MRC-5人成纤维细胞相比,CYP4F2high增加MRC-5细胞中IL-6、TGF-β和PD-L1表达;PD-L1、IL-6或TGF-β单抗可减弱上述成纤维细胞诱导的CD8+T细胞凋亡以及内皮细胞与周细胞迁移;(9)20-HETE处理成纤维细胞诱导GPR75表达;外源性添加20-HETE促进STAT3信号激活、α-SMA和PD-L1 m RNA表达及TGF-β分泌,而基因沉默GPR75能逆转20-HETE对STAT3信号、α-SMA和PD-L1表达及TGF-β分泌的影响;(10)与抗PD-1治疗组相比,CYP4F抑制剂联合抗PD-1治疗显著降低Lewis肺癌体积和肿瘤重量,并延长小鼠生存期。结论:靶向抑制CYP4F催化的花生四烯酸代谢可通过阻断肿瘤细胞与CAFs的交互作用增强CD8+T细胞抗肿瘤免疫反应,并提高抗PD-1治疗的疗效。CYP4F很可能是改善抗PD-1治疗疗效的新靶点,而CYP4F抑制剂与PD-1抑制剂的联合可能为肺癌免疫治疗提供新的治疗策略。
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