类固醇激素受体和浸润免疫细胞状态揭示ESR1突变乳腺癌的治疗弱点

Steroid Hormone Receptor and Infiltrating Immune Cell Status Reveals Therapeutic Vulnerabilities of ESR1-Mutant Breast Cancer

作者信息Michelle M Williams, Nicole S Spoelstra, Spencer Arnesen, Kathleen I O'Neill, Jessica L Christenson, Jordan Reese, Kathleen C Torkko, Andrew Goodspeed, Emmanuel Rosas, Toru Hanamura, Sharon B Sams, Zheqi Li, Steffi Oesterreich, Rebecca B Riggins, Britta M Jacobsen, Anthony Elias, Jason Gertz, Jennifer K Richer
PMID33184106
发布时间2021-02
DOI10.1158/0008-5472.CAN-20-1200

实验完整度

中

包含临床样本IHC和多重免疫组化、CRISPR编辑细胞系体外功能实验、PDX模型和动物实验,但缺乏类器官或独立患者队列验证。

主要模型

MCF-7细胞系(WT/D538G/Y537S ER) T-47D细胞系(WT/D538G/Y537S ER) ovariectomized NSG小鼠实验性转移模型 患者源性异种移植瘤(PDX,如HCI-013-EI)

重点核对

ER、PR、AR、GR在转移灶中的IHC表达及与ESR1突变状态的相关性 长期雌激素剥夺(LTED)条件下AR、PR的表达变化 锚定非依赖性生长(软琼脂)实验中AR抑制剂(Sevi、Enza)的浓度和效果 CHI3L1阻断抗体对MCF-7细胞侵袭的影响 IFITM3在突变型ER转移灶中的IHC表达

摘要

Mutations in ESR1 that confer constitutive estrogen receptor alpha (ER) activity in the absence of ligand are acquired by ≥40% of metastatic breast cancers (MBC) resistant to adjuvant aromatase inhibitor (AI) therapy. To identify targetable vulnerabilities in MBC, we examined steroid hormone receptors and tumor-infiltrating immune cells in metastatic lesions with or without ER mutations. ER and progesterone receptor (PR) were significantly lower in metastases with wild-type (WT) ER compared with those with mutant ER, suggesting that metastases that evade AI therapy by mechanism(s) other than acquiring ER mutations lose dependency on ER and PR. Metastases with mutant ER had significantly higher T regulatory and Th cells, total macrophages, and programmed death ligand-1 (PD-L1)-positive immune-suppressive macrophages than those with WT ER. Breast cancer cells with CRISPR-Cas9-edited ER (D538G, Y537S, or WT) and patient-derived xenografts harboring mutant or WT ER revealed genes and proteins elevated in mutant ER cells, including androgen receptor (AR), chitinase-3-like protein 1 (CHI3L1), and IFN-stimulated genes (ISG). Targeting these proteins blunted the selective advantage of ER-mutant tumor cells to survive estrogen deprivation, anchorage independence, and invasion. Thus, patients with mutant ER MBC might respond to standard-of-care fulvestrant or other selective ER degraders when combined with AR or CHI3L1 inhibition, perhaps with the addition of immunotherapy. SIGNIFICANCE: Targetable alterations in MBC, including AR, CHI3L1, and ISG, arise following estrogen-deprivation, and ER-mutant metastases may respond to immunotherapies due to elevated PD-L1+ macrophages.See related article by Arnesen et al., p. 539.

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
ESR1突变型转移性乳腺癌与野生型相比,在类固醇激素受体表达和免疫浸润方面存在哪些差异,这些差异能否作为治疗靶点?
核心机制
突变型ER通过非ER依赖机制上调AR、CHI3L1和ISGs(如IFITM3),增强雌激素剥夺和锚定非依赖性条件下的生存优势,并通过PD-L1+巨噬细胞增加免疫抑制。
主要证据
临床样本显示突变型ER转移灶中ER、PR、AR和免疫细胞浸润更高;CRISPR编辑细胞系和PDX模型证明AR和CHI3L1的功能重要性;动物实验显示D538G细胞在去势小鼠中转移能力增强。
研究意义
提示AR或CHI3L1抑制联合内分泌治疗或免疫治疗可能为ESR1突变型MBC提供新策略。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

临床样本的类固醇激素受体和免疫浸润分析

比较ESR1突变型与野生型转移灶中激素受体及免疫细胞组成的差异

对转移灶活检进行IHC检测ER、PR、AR、GR及免疫细胞标志物,并分析突变状态与免疫浸润的关系。

2

CRISPR编辑细胞系的体外功能验证

评估AR和CHI3L1在突变型ER细胞中的表达及功能作用

使用CRISPR编辑的MCF-7和T-47D细胞(WT/D538G/Y537S),在长期雌激素剥夺和锚定非依赖性条件下检测蛋白表达,并通过软琼脂克隆形成和侵袭实验验证功能。

3

PDX模型的AR和CHI3L1表达分析

在更接近临床的模型中验证突变型ER肿瘤中AR和CHI3L1的高表达

对不同ESR1状态的PDX进行AR和CHI3L1的IHC检测,并比较雌激素依赖与非依赖亚型的表达差异。

4

体内转移模型验证突变型ER的生长优势

在体内模拟雌激素剥夺条件下验证D538G突变细胞具有更高的转移负担

将T-47D WT或D538G细胞尾静脉注入去势NSG小鼠(±E2),6周后通过IVIS成像检测肺转移负担。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
ER抗体(Agilent Cat# M7047)AgilentM7047
PR抗体(Agilent Cat# M3568)AgilentM3568
AR抗体(Agilent Cat# M3562)AgilentM3562
GR抗体(Cell Signaling Technology Cat# 3660)Cell Signaling Technology3660
Ki67抗体(Agilent Cat# M7240)AgilentM7240
裂解的caspase 3抗体(Cell Signaling Technology Cat# 9661)Cell Signaling Technology9661
IFITM3抗体(GeneTex Cat# GTX115407)GeneTexGTX115407
CD4抗体(Agilent Cat# M7310)AgilentM7310
Foxp3抗体(Abcam Cat# ab20034)Abcamab20034
CD8抗体(Agilent Cat# M7103)AgilentM7103
CD20抗体(Abcam Cat# ab9475)Abcamab9475
CD68抗体(Agilent Cat# GA60961-2)AgilentGA60961-2
广谱细胞角蛋白抗体(Agilent Cat# M3515)AgilentM3515
PD-L1抗体(Abcam Cat# ab228462)Abcamab228462
DAPI(Akoya Cat# FP1490)AkoyaFP1490
MEM培养基----
RPMI-1640培养基----
胎牛血清----
葡聚糖-活性炭剥离的胎牛血清----
胰岛素----
青霉素/链霉素----
AR抗体(Millipore Cat# 06-680)Millipore06-680
Flag抗体(Sigma-Aldrich Cat# F1804)Sigma-AldrichF1804
ER抗体(Thermofisher Cat# RM9101-S)ThermofisherRM9101-S
Tubulin抗体(Sigma-Aldrich Cat# T5168)Sigma-AldrichT5168
IFITM3抗体(GeneTex Cat# GTX115407)GeneTexGTX115407
GAPDH抗体(Sigma-Aldrich Cat# G8795)Sigma-AldrichG8795
Odyssey CLx成像仪----
AR抗体(Abnova Cat# MAB10053)AbnovaMAB10053
MUC1抗体(Cell Signaling Technology Cat# 4538)Cell Signaling Technology4538
CHI3L1抗体(Abcam Cat# ab77528)Abcamab77528
Matrigel包被的侵袭小室Corning--
抗CHI3L1阻断抗体(Millipore Cat#MABC196)MilliporeMABC196
IgG对照(Thermo Fisher Scientific Cat# 31903)Thermo Fisher Scientific31903
Seviteronel(Sevi)----
恩杂鲁胺(Enza)----
氮蓝四唑----
NSG小鼠IMSRJAX:005557
17β-雌二醇颗粒----
IVIS Spectrum小动物活体成像系统Perkin Elmer--
poly-HEMA板----
Archer VariantPlex实体瘤检测Archer--
cBioPortal----

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
临床样本分析
ESR1突变状态、激素受体IHC评分、免疫细胞密度、PD-L1阳性巨噬细胞比例
阅读提示:Materials and Methods中的Metastatic Breast Cancer Patient Samples和Results Figure 1, 7
细胞培养与模型建立
细胞系来源、CRISPR编辑验证、LTED条件(6个月无酚红培养基+DCC血清)、培养时间
阅读提示:Materials and Methods中的Cell Culture
功能实验(软琼脂、侵袭)
细胞数、药物浓度(20μM Sevi/Enza)、处理时间、侵袭实验抗体浓度(10μg/mL)
阅读提示:Materials and Methods中的Soft Agar Colony Formation和Invasion Assays
动物实验
小鼠品系、周龄、雌激素处理(2mg E2颗粒)、细胞注射数量、实验周期(6周)、成像指标
阅读提示:Materials and Methods中的Animal Studies
蛋白质检测
抗体信息、裂解液成分、检测时间点(24-72小时)、内参蛋白
阅读提示:Materials and Methods中的Immunoblotting