ATM调控肌成纤维细胞癌相关成纤维细胞的分化,并可作为克服免疫治疗耐药的靶点

ATM Regulates Differentiation of Myofibroblastic Cancer-Associated Fibroblasts and Can Be Targeted to Overcome Immunotherapy Resistance

作者信息Massimiliano Mellone, Klaudia Piotrowska, Giulia Venturi, Lija James, Aleksandra Bzura, Maria A Lopez, Sonya James, Chuan Wang, Matthew J Ellis, Christopher J Hanley, Josephine F Buckingham, Kerry L Cox, Gareth Hughes, Viia Valge-Archer, Emma V King, Stephen A Beers, Vincent Jaquet, George D D Jones, Natalia Savelyeva, Emre Sayan, Jason L Parsons, Stephen Durant, Gareth J Thomas
PMID36353752
发布时间2022-12-16
DOI10.1158/0008-5472.CAN-22-0435

实验完整度

包含体外细胞培养、离体CAF培养、体内小鼠肿瘤模型和人类肿瘤样本分析,并进行了功能验证(如ATM抑制)和机制验证(如NOX4和Mre11)。

主要模型

HFFF2人成纤维细胞 肿瘤相关成纤维细胞(NSCLC和HNSCC来源) TC-1肺癌和MC38结肠癌小鼠同种移植模型 5PT头颈癌细胞与HFFF2共注射异种移植模型

重点核对

TGFβ1处理浓度(2 ng/mL,3天) ATM抑制剂AZD0156剂量(20 mg/kg,口服,每日) 抗PD-1抗体剂量(300 μg,腹腔注射,3次) DNA疫苗RAH剂量(20 μg,肌内注射) shRNA敲低ATM效率及稳定性

摘要

富含肌成纤维细胞癌相关成纤维细胞(myoCAF)的肿瘤通常含有较少的T细胞,并且对免疫检查点阻断反应不佳。尽管myoCAF与大多数实体瘤的不良预后相关,但调控myoCAF积累的分子机制仍不清楚,限制了治疗干预的潜力。在这里,我们确定共济失调-毛细血管扩张突变(ATM)是myoCAF表型的核心调节因子。体外分化的肌成纤维细胞和离体培养的myoCAF表现出激活的ATM信号,而靶向ATM(遗传或药理学)可以抑制并逆转分化。ATM激活受产生活性氧的酶NOX4调控,既通过DNA损伤又通过增加的氧化应激。在体内靶向成纤维细胞ATM抑制了富含myoCAF的肿瘤生长,促进了瘤内CD8 T细胞浸润,并增强了对抗PD-1阻断和抗肿瘤疫苗的反应。这项工作确定了一条调控myoCAF分化的新途径,并为使用ATM抑制剂克服CAF介导的免疫治疗耐药提供了理论依据。

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
ATM信号通路是否调控肌成纤维细胞CAF(myoCAF)的分化和功能,并可作为靶点克服免疫治疗耐药?
核心机制
TGFβ1通过NOX4产生的ROS使ATM激活,既通过DNA损伤/MRN复合物,也通过直接氧化ATM形成二聚体,激活的ATM促进myoCAF分化,并通过抑制CD8 T细胞浸润导致免疫治疗耐药。
主要证据
体外TGFβ1处理诱导ATM激活,ATM抑制(siRNA或药物)抑制分化;体内成纤维细胞ATM敲降或AZD0156处理减少myoCAF积累,增加CD8 T细胞浸润,并增强抗PD-1和疫苗的抗肿瘤效果。
研究意义
ATM是myoCAF分化调节的新靶点,ATM抑制剂联合免疫治疗可能在myoCAF丰富的免疫冷肿瘤中具有治疗潜力。

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

体外肌成纤维细胞分化模型

验证TGFβ1诱导成纤维细胞向myoCAF分化过程中ATM信号是否激活。

用TGFβ1处理成纤维细胞(HFFF2、IMR90、原代成纤维细胞等),检测ATM磷酸化、ATM靶点(H2AX、CHK2)以及myoCAF标志物(SMA、FnEDA)的表达,并检测DNA损伤(彗星实验、γH2AX)。

2

ATM功能验证

确定ATM是否功能上调控myoCAF分化。

使用ATM抑制剂(KU55933、KU60019、AZD0156)、siRNA/shRNA敲低、过表达显性负性突变体(C2991L)处理成纤维细胞,检测SMA、胶原蛋白收缩、胶原沉积等myoCAF功能指标。

3

ATM维持myoCAF表型验证

确定ATM是否维持已建立的myoCAF表型。

对离体培养的HNSCC和NSCLC CAF使用ATM抑制剂或shRNA敲低,检测myoCAF标志物表达、收缩性和促进癌细胞侵袭能力。

4

机制研究:NOX4和Mre11

阐明ATM激活的上游机制。

使用NOX4抑制剂(GKT137831)或siRNA、Mre11抑制剂(Mirin)或siRNA处理,检测ATM磷酸化、二聚体形成和下游活性。

5

体内肿瘤模型

验证ATM靶向在体内对肿瘤生长和免疫微环境的影响。

使用免疫缺陷小鼠5PT+HFFF2异种移植模型和免疫活性小鼠TC-1+myoMLF或MC38+myoMCF同种移植模型,使用shRNA敲低或AZD0156处理,检测肿瘤生长、myoCAF积累和CD8 T细胞浸润。

6

免疫治疗联合效果评估

评估ATM抑制联合免疫治疗(疫苗或抗PD-1)对myoCAF富集肿瘤的抗肿瘤效果。

在myoCAF富集的TC-1肿瘤中联合AZD0156和RAH疫苗,或在MC38肿瘤中联合AZD0156和抗PD-1,检测肿瘤生长、生存期和CD8 T细胞浸润。

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
DMEM培养基----
胎牛血清Calbiochem--
L-谷氨酰胺----
Ham's F12:DMEM培养基----
角质细胞生长培养基----
Oligofectamine转染试剂Life Technologies--
Viafect转染试剂Promega--
嘌呤霉素----
G418----
转化生长因子β1R&D Systems--
白细胞介素1βR&D Systems--
GKT137831(NOX4抑制剂)Genkyotex--
KU55933(ATM抑制剂)Selleckchem--
KU60019(ATM抑制剂)Selleckchem--
CCT241533(CHK2抑制剂)Selleckchem--
Mirin(Mre11抑制剂)Selleckchem--
VE-821(ATR抑制剂)Selleckchem--
NU-7441(DNA-PK抑制剂)Selleckchem--
TGFβ受体I抑制剂Calbiochem--
AZD0156(ATM抑制剂)AstraZeneca--
新制癌菌素Sigma--
过氧化氢Fisher Scientific--
顺铂Sandoz--
多西环素----
RIPA裂解液Sigma--
Dc-Bio-Rad蛋白定量试剂盒Bio-Rad Laboratories--
NE-PER核浆蛋白提取试剂Thermo Fisher--
Pierce化学发光系统Pierce--
Envision FLEX检测系统Dako--
Dako PT Link抗原修复仪Dako--
Autostainer Link48自动染色仪Dako--
CD31抗体DakoIR61061-2
SMA抗体Sigma-AldrichA2547
pATM-ser1981抗体Abcamab36810
细胞角蛋白抗体(AE1/AE3)DakoIR05361-2
CD8抗体Cell Signaling Technology98941S
CD4抗体Cell Signaling Technology25229S
Leica Bond染色系统Leica--
I型胶原蛋白Millipore--
UltraPure低熔点琼脂糖Life Technologies--
碘化丙啶----
DAPI----
荧光封片剂Dako--
Axioscan.Z1扫描仪Zeiss--
氚标记胸腺嘧啶----
MTT检测试剂盒Promega--
PI染色液Thermo Fisher--
SA-β-半乳糖苷酶染色试剂盒Sigma--
FACSCanto流式细胞仪BD Biosciences--
TopCount NXT液体闪烁计数器Packard Bioscience--
Victor酶标仪Perkin Elmer--
Olympus IX81荧光显微镜Olympus--
CKX41奥林巴斯荧光显微镜Olympus--
Olympus BH-2-RFL-T2荧光显微镜Olympus--
Fiji图像分析软件----
GraphPad Prism统计软件----
Superfrost+载玻片Thermo Fisher Scientific--
Permanox腔室玻片Thermo Scientific--
抗PD-1抗体(RMP1-14)Bio X Cell--

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
体外细胞培养
细胞类型(HFFF2、IMR90、原代成纤维细胞)及来源,培养条件(DMEM+10%FBS等),TGFβ1浓度(2 ng/mL)和处理时间(72小时)
阅读提示:Materials and Methods: Cell culture
ATM抑制处理
ATM抑制剂类型(KU55933、KU60019、AZD0156)及浓度,shRNA敲低序列和转染方法,显性负性突变体C2991L的转染条件
阅读提示:Materials and Methods: Cell culture, Results 2
DNA损伤检测
彗星实验条件(电泳电压、时间),DNA损伤灶计数方法(Foci quantification),γH2AX检测方法
阅读提示:Materials and Methods: Comet assay, Fluorescence microscopy
体内肿瘤模型
动物品系(RAG1−/−、C57BL/6)和性别、年龄,接种细胞数量(5PT、TC-1、MC38)及与成纤维细胞比例,肿瘤测量方法
阅读提示:Materials and Methods: In vivo mouse experiments
ATM抑制剂体内给药
AZD0156剂量(20 mg/kg),给药方式(口服灌胃),给药频率(每日),给药持续时间
阅读提示:Materials and Methods: In vivo mouse experiments
免疫治疗联合
疫苗(RAH)剂量和给药途径,抗PD-1抗体剂量(300 μg)、给药途径(i.p.)和频率,联合治疗的时序
阅读提示:Materials and Methods: In vivo mouse experiments
免疫细胞分析
CD8和CD4 T细胞IHC检测方法,流式细胞术分析CD8 T细胞表型的抗体和门控策略
阅读提示:Materials and Methods: IHC, Flow cytometry