放疗抵抗的前列腺癌细胞通过衰老相关的共济失调毛细血管扩张突变和Rad3相关蛋白逃逸免疫检查点阻断

Radiotherapy-resistant prostate cancer cells escape immune checkpoint blockade through the senescence-related ataxia telangiectasia and Rad3-related protein

作者信息Chenyi Shao, Yingyi Zhang, Hang Li, Jiajia Chen, Ting Huang, Jiaze Li, Simeng Wen, Sen Wang, Saijun Fan, Yu Zhao
PMID39698847
发布时间2025-03
DOI10.1002/cac2.12636

实验完整度

高

研究包含多层级证据:临床样本IHC和生存分析、scRNA-seq、细胞功能实验、蛋白质相互作用机制验证、小鼠模型及体内免疫治疗评估。

主要模型

LNCaP细胞体外衰老模型 TRAMP-C1细胞系 NSG小鼠异种移植模型 C57BL/6小鼠同系移植模型

重点核对

scRNA-seq分析LNCaP细胞衰老簇(GSE234387) ATR抑制剂(VE-821, VE-822, ceralasertib)处理 CD86磷酸化位点突变(S279A, T286A, T295A) MARCH1 RRLK基序突变/缺失 体内抗CTLA-4抗体(9D9)治疗 CD8+ T细胞浸润评估(FACS)

摘要

背景 大多数前列腺癌(PCa)患者在放疗(RT)后对免疫检查点阻断(ICB)表现出内在耐药性。这种耐药性通常归因于肿瘤内异质性细胞的有限抗原呈递。在这里,我们旨在分离和表征RT后肿瘤的这些不同亚群,以了解其对ICB耐药的分子机制。 方法 使用单细胞RNA测序(scRNA-seq)分析LNCaP细胞中RT诱导的衰老癌细胞簇的谱系。通过免疫组化评估接受或未接受RT的患者临床样本中共济失调毛细血管扩张突变和Rad3相关蛋白(ATR)的表达和磷酸化水平。使用免疫共沉淀、诱变和Western印迹法测量蛋白质之间的相互作用。进行异种移植实验以评估小鼠的肿瘤免疫反应。 结果 我们鉴定了一组对RT表现出耐药性的PCa细胞亚群,其特征是抗原呈递能力降低,这增强了它们逃避免疫检测和抵抗细胞毒性T淋巴细胞相关蛋白4(CTLA-4)阻断的能力。scRNA-seq显示,衰老状态是RT后PCa细胞的短暂阶段,特别是在CTLA-4阻断治疗耐药细胞中。这种状态以胞浆ATR水平增加为标志。胞浆ATR磷酸化其胞浆结构域中的CD86,并通过静电吸引增强CD86与其E3连接酶MARCH1之间的相互作用。在小鼠模型中,耗尽或抑制Atr增加了对免疫攻击的敏感性,并改善了对抗Ctla-4抗体治疗的反应。 结论 我们的研究结果表明,与细胞衰老相关的胞浆ATR的激活阻碍了RT和ICB联合治疗的有效性。这一发现可能为提高PCa中RT和ICB联合治疗的功效提供有价值的见解。 关键词:ATR, CD86, 免疫检查点, 衰老

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
放疗抵抗的前列腺癌细胞如何逃逸免疫检查点阻断的分子机制是什么?
核心机制
放疗诱导的前列腺癌细胞衰老导致胞浆ATR激活,胞浆ATR直接磷酸化CD86胞浆域的S279、T286和T295位点,通过静电吸引增强CD86与E3连接酶MARCH1的RRLK基序的相互作用,促进CD86的泛素化降解,从而降低CD86蛋白水平,导致抗原呈递减弱和免疫逃逸。
主要证据
scRNA-seq鉴定出衰老细胞簇中ATR表达升高;临床样本IHC显示衰老组织ATR高表达而CD86低表达;Co-IP和突变实验证明ATR磷酸化CD86增强其与MARCH1的相互作用;体内实验表明Atr抑制或敲低联合抗CTLA-4可增强抗肿瘤免疫。
研究意义
该研究揭示了衰老相关的胞浆ATR作为联合RT和免疫治疗的潜在预测标志物和治疗靶点,为改善前列腺癌患者对免疫检查点阻断的耐药提供新思路。

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

临床样本和数据库分析

探究RT抵抗的PCa中免疫相关通路的变化和临床意义

对TCGA-PRAD队列进行GO富集分析,分析RT抵抗和敏感组差异表达基因。利用天津医科大学第二医院队列IHC和RT-qPCR评估CD8+ T细胞浸润和ATR表达,并进行生存分析。

2

scRNA-seq分析RT抵抗细胞

表征RT后PCa细胞的异质性和衰老状态

对RT处理或未处理的LNCaP细胞进行单细胞RNA测序,鉴定衰老细胞簇,通过UMAP聚类、GSVA、拟时序分析等研究细胞状态转变和ATR表达。

3

验证ATR对CD86的调控

确认ATR在蛋白水平对CD86表达的负调控作用

在RT抵抗细胞中,通过Western blot检测敲低ATR或使用ATR抑制剂后CD86蛋白水平的变化。通过FACS检测细胞表面CD86的表达。临床样本IHC分析ATR和CD86表达的相关性。

4

明确ATR胞浆转位和激活

确定衰老诱导的ATR胞浆转位和激活

通过细胞分级分离和Western blot检测RT抵抗细胞中胞浆和核内ATR及p-ATR(T1989)的表达和定位。使用IF染色验证p-ATR定位。通过IHC在人PCa组织样本中验证。

5

阐明ATR磷酸化CD86的机制

揭示ATR磷酸化CD86促进其与MARCH1结合的分子机制

通过Co-IP验证ATR与CD86的相互作用,利用点突变和片段缺失鉴定ATR的磷酸化位点(S279, T286, T295)和MARCH1的RRLK基序。进行体外GST pull-down和泛素化实验。

6

体内验证ATR抑制的免疫治疗效果

评估Atr抑制联合抗CTLA-4对RT抵抗肿瘤的治疗效果

在C57BL/6小鼠移植瘤模型中,通过小发夹RNA敲低Atr或使用ATR抑制剂(ceralasertib,50 mg/kg),并联合抗CTLA-4抗体(9D9, 200 µg)治疗,监测肿瘤生长、生存期和免疫细胞浸润。

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
RPMI 1640培养基VivaCellC3010-0500
DMEM培养基VivaCellC3113-0500
胎牛血清 (FBS)Gibco16000044
基质胶BD BioscienceHY-356234
抗小鼠CTLA-4抗体 (9D9)MedChemExpressHY-P99132
IgG2a同型对照抗体MedChemExpressHY-P99978
ATR抑制剂VE-821MedChemExpressHY-14731
ATR抑制剂VE-822SelleckS7102
ATR抑制剂ceralasertibMedChemExpressHY-19323
RIPA裂解液SolarbioR0010
细胞分级分离试剂盒Thermo Fisher Scientific78840
BCA蛋白定量分析Thermo Fisher ScientificA55864
胰蛋白酶Gibco25200072
Hieff UNICON® Universal Blue qPCR SYBR Green预混液Yeasen11184ES08
Celemetor 96荧光定量PCR仪Yeasen80520ES03
硝酸纤维素膜Millipore24937-79-9
SuperSignal West Pico PLUS化学发光底物Thermo Fisher ScientificPI34577
衰老β-半乳糖苷酶染色试剂盒Beyotime BiotechnologyC0602
Chromium Next GEM Chip G单细胞试剂盒10x GenomicsPN1000120
Chromium Next GEM单细胞3'试剂盒v3.110x GenomicsPN-1000121
UltraSensitive S-P (兔) IHC试剂盒Cell Signaling Technology13079S
ATR抗体 (PA5-85507)InvitrogenPA5-85507
p-ATR-T1989抗体 (ab28936)Abcamab28936
CD86抗体 (sc-28347)Santa Cruz Biotechnologysc-28347
APC偶联CD86抗体 (克隆: IT2.2)Biolegend305411
FITC偶联Cd86抗体 (克隆: GL-1)Biolegend105005
胶原酶Sigma-Aldrich9001-12-1
RecoverAll总核酸提取试剂盒Thermo Fisher ScientificAM1975
TRIzol试剂Invitrogen15596026
PrimeScript逆转录试剂盒Takara BioRR037A
Phusion聚合酶New England BiolabsM0530S
BsmBI酶Yeasen15203ES80
LentiCRISPRv2质粒Addgene52961
Lipofectamine 3000转染试剂Thermo Fisher ScientificL3000015
Lipofectamine RNAiMAX转染试剂Thermo Fisher Scientific13778030
谷胱甘肽Sepharose 4B微珠Cytiva17075601
Protein A/G微珠Thermo Fisher Scientific88802
磷酸酶λ (PPλ)New England BiolabsP0753S
巴弗洛霉素A1 (Baf-A1)MedChemExpressHY-100558
Vectashield封片剂Vector LaboratoriesH-1200
重组小鼠IL-2MedChemExpressHY-P7077
重组小鼠IFN-γMedChemExpressHY-P7071
抗小鼠Cd28抗体 (克隆: 37.51)MedChemExpressHY-P99123
抗小鼠Pd-1抗体 (克隆: RMP1-14)SelleckA2122
CellTracker Red CMTPX染料Yeasen40717ES50
SuperView™ 488 Caspase-3底物Yeasen40273ES25

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
细胞衰老模型建立
细胞类型(LNCaP, PC-3, TRAMP-C1, RM1);辐照剂量(10 Gy);辐照后培养时间(衰老:10天;免疫检查点检测:14天);细胞密度(8 × 10^6 cells/15 cm dish)
阅读提示:Materials and Methods 2.8
scRNA-seq分析
细胞密度(1×10^5 cells/cm^2);辐照剂量(2 Gy);RT抵抗细胞培养时间(7天);衰老鉴定(>70% β-Gal阳性);测序平台和数据过滤参数
阅读提示:Materials and Methods 2.11, 2.12, 2.13, 2.14, 2.15
体外药物处理
ATR抑制剂种类及浓度:VE-821 (5 µmol/L), VE-822 (300 nmol/L), ceralasertib (1 µmol/L);处理时间(48小时)
阅读提示:Materials and Methods 2.26, Figure 3 legend
体内免疫治疗实验
小鼠品系(C57BL/6 WT);细胞系(TRAMP-C1);抗CTLA-4抗体剂量(200 µg)和给药方案(第7、10、13天腹腔注射);ATR抑制剂剂量(50 mg/kg);肿瘤起始体积(100 mm^3);肿瘤终点体积(400 mm^3)
阅读提示:Materials and Methods 2.4, 2.6, Figure 7 legend
蛋白质相互作用验证
CD86磷酸化位点(S279A, T286A, T295A);MARCH1 RRLK基序突变/缺失;Co-IP实验条件(PPλ处理、Baf-A1处理);体外GST pull-down条件
阅读提示:Materials and Methods 2.32, 2.33, Figures 5, 6 legends