联合放疗与ATR抑制剂berzosertib通过抑制SHP1功能激活STING信号并增强结直肠癌免疫治疗效果

Combining radiation and the ATR inhibitor berzosertib activates STING signaling and enhances immunotherapy via inhibiting SHP1 function in colorectal cancer

作者信息Chaofan Liu, Xi Wang, Wan Qin, Jingyao Tu, Chunya Li, Weiheng Zhao, Li Ma, Bo Liu, Hong Qiu, Xianglin Yuan
PMID36855844
发布时间2023-04
DOI10.1002/cac2.12412

实验完整度

高

包含体外细胞实验(细胞活力、细胞周期、免疫印迹)、体内小鼠模型(CT26/MC38)疗效评估、转录组分析(RNA-seq)及机制验证(SHP1 SUMO化及STING通路),多个独立证据层级。

主要模型

人CRC细胞系HCT116和SW480 鼠CRC细胞系CT26和MC38 CT26或MC38皮下移植瘤C57/B6J和Balb/C小鼠模型

重点核对

ATR抑制剂berzosertib(VE-822)给药剂量60 mg/kg,灌胃,IR前2小时开始,连续3天 放射剂量5 Gy,单次照射,RS2000 X-ray生物辐照仪 抗PD-L1抗体(10F.9G2)给药剂量10 mg/kg,腹腔注射,每3天一次,从IR当天开始 CT26和MC38细胞接种数量1×10^6细胞/100 µL 肿瘤体积终点2000 mm3,小鼠安乐死标准

摘要

背景:靶向程序性细胞死亡蛋白1(PD-1)和程序性死亡配体1(PD-L1)的免疫检查点抑制剂(ICIs)在错配修复缺陷(dMMR)的结直肠癌(CRC)中显示出中等反应,而在错配修复功能完整(pMMR)的患者中反应较差。pMMR肿瘤通常免疫原性较低(“冷”),强调联合策略将“冷”肿瘤转变为“热”肿瘤以增强ICIs疗效。ATR抑制剂(ATRi)已被证明与放疗协同促进抗肿瘤免疫,但尚不清楚ATRi是否能增强放疗和ICI联合治疗在CRC中的疗效。本研究旨在探讨ATRi、放疗(IR)和抗PD-L1抗体联合治疗在不同微卫星状态CRC小鼠模型中的疗效。方法:在CRC肿瘤中评估ATRi、IR和抗PD-L1抗体联合治疗的疗效。研究不同治疗方案下的肿瘤微环境和转录组特征。通过细胞活力测定、流式细胞术、免疫荧光、免疫印迹、免疫共沉淀和实时定量PCR在多种鼠和人CRC细胞系中探讨机制。结果:ATRi berzosertib联合IR增强了CD8+T细胞浸润,并增强了抗PD-L1治疗在不同微卫星状态CRC小鼠模型中的疗效。机制研究表明,IR+ATRi通过增加胞质双链DNA水平激活经典cGAS-STING-pTBK1/pIRF3轴,并通过促进SHP1在赖氨酸127位点的SUMO化,减弱SHP1介导的TRAF6-STING-p65轴抑制,从而激活非经典STING信号。通过增强STING信号,IR+ATRi诱导I型干扰素相关基因表达和强大的先天免疫激活,并使“冷”肿瘤微环境重新活化,从而促进免疫治疗。结论:ATRi与IR联合可通过促进STING信号在不同微卫星状态的CRC模型中增强抗PD-L1治疗。我们研究提出的新联合策略值得在CRC治疗中进一步研究。

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
ATR抑制剂能否增强放疗与抗PD-L1免疫治疗在结直肠癌中的疗效及其机制。
核心机制
IR+ATRi通过增加胞质双链DNA激活cGAS-STING经典通路,并通过促进SHP1在K127位点的SUMO化,抑制SHP1对TRAF6-STING-p65复合物的抑制作用,从而激活非经典STING信号,增强I型干扰素信号和先天免疫激活。
主要证据
CT26和MC38小鼠模型中,IR+ATRi+抗PD-L1三联治疗显著延缓肿瘤生长并延长生存期;STING敲除可废除其疗效;体外实验证明ATRi促进SHP1 SUMO化并解除SHP1抑制。
研究意义
为结直肠癌(尤其是pMMR/MSS型)的免疫治疗提供新策略:将ATRi加入放疗和ICI联合方案可能提高疗效,值得临床研究。

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

体外细胞系验证ATRi的放射增敏作用及对细胞周期的影响

验证ATRi是否能增强CRC细胞对放疗的敏感性,并影响细胞周期检查点。

在HCT116、SW480、CT26和MC38细胞中,用CCK-8测定细胞活力;用免疫印迹检测γH2AX和pCHK1表达;用流式细胞术分析细胞周期和pH3阳性细胞比例。

2

体内肿瘤模型验证IR+ATRi增强T细胞浸润

评估IR+ATRi对CRC小鼠模型中肿瘤生长和T细胞浸润的影响。

在CT26和MC38皮下移植瘤模型中,给予IR、ATRi单用或联合治疗,测量肿瘤体积;IHC和流式细胞术分析肿瘤浸润T细胞(CD3、CD8)比例。

3

RNA测序分析IR+ATRi对肿瘤转录组和先天免疫信号的影响

探究IR+ATRi在体内对免疫相关基因表达和信号通路的影响。

对CT26肿瘤(IR后3天)进行RNA测序,分析DEGs,进行GO和GSEA富集分析。

4

体外验证IR+ATRi激活经典和非经典STING信号通路

阐明IR+ATRi激活STING信号的分子机制。

通过免疫荧光检测微核和cGAS定位;dsDNA定量;免疫印迹检测pTBK1、pIRF3、pSTING、pP65等;RT-qPCR检测ISGs表达;免疫共沉淀检测SHP1与STING/TRAF6相互作用;质谱鉴定SHP1相互作用蛋白;并验证SHP1 SUMO化位点及功能。

5

体内验证IR+ATRi联合抗PD-L1的疗效

评估IR+ATRi+抗PD-L1三联治疗在CRC小鼠模型中的抗肿瘤效果和生存期。

对CT26和MC38皮下瘤模型给予不同治疗方案(IR、ATRi、抗PD-L1、双药或三药联合),测量肿瘤体积,进行生存分析,并通过生物发光成像(MC38)评估肿瘤负担;通过Ki67和TUNEL染色分析增殖和凋亡。

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
McCoy's 5A改良培养基HyClone, ThermoFisher--
DMEM高糖培养基HyClone, ThermoFisher--
RPMI-1640培养基HyClone, ThermoFisher--
胎牛血清Gibco, ThermoFisher--
贝唑替尼(VE-822)MedChemExpressHY-13902
SC43MedChemExpressHY-136657
抗PD-L1抗体BioXCellBE0101
RS2000 X射线生物辐照仪Source Technologies Inc.--
肿瘤解离试剂盒Miltenyi Biotec130-096-730
gentleMACS解离器Miltenyi Biotec--
FVS780BD Biosciences565388
CytoFLEX LX流式细胞仪Beckman Coulter--
CCK-8试剂盒MedChemExpress--
Synergy2酶标仪BioTek--
核糖核酸酶Beyotime--
碘化丙啶Beyotime--
抗CD3e抗体Abcamab251607
抗CD8a抗体Abcamab237723
DAB显色液Aspen--
NanoZoomer S360数字切片扫描仪Hamamatsu--
抗dsDNA抗体Abcamab27156
抗cGAS抗体Cell Signaling Technology79978
抗NF-κB p65抗体ABclonalA2547
DAPIAbbkine--
Cy3标记山羊抗兔IgGAbbkineA22220
DyeLight 488标记山羊抗鼠IgGAbbkineA23240
DyeLight 488标记山羊抗兔IgGAbbkineA23220
TUNEL染色试剂盒Roche11684817910
Quant-iT PicoGreen dsDNA试剂ThermoFisherP11496
RIPA裂解液Beyotime--
磷酸酶抑制剂混合物MedChemExpressHY-K0021
BioRad凝胶电泳系统BioRad--
PVDF膜Millipore--
SuperSignal West Pico化学发光底物ThermoFisher--
BOX Chemi X成像系统Syngene--
FastPure细胞/组织总RNA提取试剂盒V2VanzymeRC112
PrimeScript逆转录预混液TakaraRR036A
ChamQ通用SYBR qPCR预混液VanzymeQ711-02
ABI-7900HT实时荧光定量PCR仪Applied Biosystems--
Lipo3000转染试剂ThermoFisher--
聚凝胺GeneChem--
嘌呤霉素GeneChem--
NP40裂解液Beyotime--
蛋白A/G磁珠MedChemExpressHY-K0202
Q Exactive Plus质谱仪ThermoFisher--
EASY-nLC 1200纳升液相系统ThermoFisher--
TRIzol试剂Life Technologies--
VAHTS链特异性mRNA测序文库构建试剂盒V2VanzymeNR612-01
Illumina HiSeq测序平台Illumina--
抗γH2AX抗体Cell Signaling Technology7631
抗pCHK1-Ser345抗体Cell Signaling Technology2348
抗TBK1-Ser172抗体Cell Signaling Technology5483
抗TBK1抗体Cell Signaling Technology3504
抗IRF3-Ser396抗体Cell Signaling Technology29047
抗IRF3抗体Cell Signaling Technology4302
抗pSTING-Ser365抗体Cell Signaling Technology72971
抗STING抗体Cell Signaling Technology50490
抗pSTAT1-Tyr701抗体Cell Signaling Technology9167
抗CHK1抗体Abcamab32531
抗SHP1抗体Abcamab227503
抗p65抗体ABclonalA19653
抗TRAF6抗体ABclonalA0973
抗SUMO1抗体ABclonalA19121
抗STAT3抗体ABclonalA19566
HRP标记山羊抗鼠IgGABclonalAS003
HRP标记山羊抗兔IgGABclonalAS014
抗GAPDH抗体Proteintech1E6D9
Flag-NC质粒GeneChem--
Flag-STING质粒GeneChem--
Flag-SHP1质粒GeneChem--
Flag-SHP1-ΔK127R突变质粒GeneChem--
shSTING病毒GeneChem--
shSting病毒GeneChem--
乱序对照病毒GeneChem--

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
细胞培养
细胞系来源(人HCT116、SW480;鼠CT26、MC38)及培养基、FBS浓度、培养条件(5% CO2, 37°C)
阅读提示:Materials and Methods 2.1 Cell culture
体外放疗和ATRi处理
ATRi浓度(0-2 µmol/L)和处理时间(IR前2小时)、放疗剂量(5 Gy)、检测时间点(IR后0-24小时)
阅读提示:Materials and Methods 2.6 Cell viability assay, 2.7 Cell cycle analysis, 2.8 Immunofluorescence microscopy and micronuclei assay, 2.9 dsDNA quantification, 2.14 LC-MS/MS
体内肿瘤模型建立和治疗
小鼠品系(C57/B6J和Balb/C)、性别、周龄(5-6周)、细胞接种数量(1×10^6)、IR剂量(5 Gy)、ATRi剂量(60 mg/kg)和给药方案(IR前2小时灌胃,连续3天)、抗PD-L1剂量(10 mg/kg)和给药方案(每3天腹腔注射)、肿瘤体积测量频率(每3天)及终点(2000 mm3)
阅读提示:Materials and Methods 2.3 Establishment of mouse CRC models and treatments
流式细胞术分析
抗体克隆、稀释倍数、染色时间、活死染料FVS780使用、CytoFLEX LX仪器设置、FlowJo gating策略
阅读提示:Materials and Methods 2.5 Flow cytometry analysis, Supplementary Figure S1
RT-qPCR
引物序列、RNA提取方法、逆转录和qPCR条件、内参基因(常用GAPDH)、相对定量方法(2^-ΔΔCT)
阅读提示:Materials and Methods 2.11 RNA isolation, reverse transcription, and real-time qPCR, Supplementary Table S2