CD8+ T细胞中的雌激素受体β信号通过磷酸酪氨酸开关增强T细胞受体激活和抗肿瘤免疫

Estrogen receptor beta signaling in CD8+ T cells boosts T cell receptor activation and antitumor immunity through a phosphotyrosine switch

作者信息Bin Yuan, Curtis A Clark, Bogang Wu, Jing Yang, Justin M Drerup, Tianbao Li, Victor X Jin, Yanfen Hu, Tyler J Curiel, Rong Li
PMID33462142
发布时间2021-01
DOI10.1136/jitc-2020-001932

实验完整度

包含基因编辑小鼠模型、多种移植瘤模型、骨髓嵌合体、CD8+ T细胞过继转移、体外TCR激活和信号传导分析、ERβ激动剂联合ICB治疗实验,以及TCGA数据相关性分析,覆盖从细胞到动物模型的多层级验证。

主要模型

Esr2Y55F/Y55F敲入(KI)小鼠模型 B16F10黑色素瘤模型 MC38结直肠癌模型 M-Wnt、E0771、AT-3、EMT-6乳腺癌模型

重点核对

ERβ Y55F突变小鼠(Esr2Y55F/Y55F)的基因型验证(PCR和测序) ERβ蛋白在WT、KO和KI小鼠中的表达水平(免疫印迹) 不同肿瘤模型中肿瘤生长曲线的比较(WT vs KI) CD8+ T细胞过继转移至Rag1-/-小鼠后肿瘤生长(B16F10) 体外抗CD3/CD28刺激后CD8+ T细胞中细胞因子(IL-2、IFNγ、TNFα)的ELISA检测

摘要

背景:两种雌激素受体亚型ERα和ERβ在肿瘤细胞中的非重叠功能已被广泛研究。然而,它们在宿主细胞中的对应功能却很少被探究。关于ERα和ERβ活性如何以亚型特异性方式被调节的了解更少。我们之前鉴定了人ERβ的一个磷酸酪氨酸残基(pY36),该残基对于肿瘤ERβ在体外和体内抑制乳腺癌细胞生长很重要。该ERβ磷酸酪氨酸开关在调节宿主ERβ中的作用仍不清楚。方法:使用常规基因编辑将小鼠胚胎干细胞中内源性小鼠ERβ的相应酪氨酸残基(Y55F)突变。将衍生的纯合突变Esr2Y55F/Y55F小鼠品系及其野生型(WT)对应品系在各种移植瘤模型中比较其支持肿瘤生长的能力。此外,进行了基于流式细胞术的免疫表型分析以评估WT和突变宿主的抗肿瘤免疫。进行了骨髓和纯化CD8+ T细胞的过继转移,以确定宿主ERβ依赖性抗肿瘤功能的细胞类型。此外,进行了细胞信号传导测定以比较WT和突变小鼠CD8+ T细胞中T细胞受体(TCR)启动的信号级联。最后,评估了ERβ选择性激动剂S-雌马酚增强基于免疫检查点阻断(ICB)的抗癌免疫疗法的功效。结果:在荷瘤宿主中禁用ERβ特异性磷酸酪氨酸开关会加剧肿瘤生长。此外,在CD8+效应T细胞中定义了细胞自主的ERβ功能。机制上,TCR激活触发ERβ磷酸化,进而通过ERβ的非基因组作用增强下游TCR信号级联。S-雌马酚促进TCR激活,刺激ERβ磷酸酪氨酸开关,并增强抗PD-1 ICB免疫疗法。结论:我们的小鼠遗传研究清楚地证明了ERβ磷酸酪氨酸开关在CD8+ T细胞中调节ERβ依赖性抗肿瘤免疫的作用。我们的发现支持开发包括S-雌马酚在内的ERβ激动剂与ICB免疫疗法联合用于癌症治疗。

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
宿主ERβ的磷酸酪氨酸开关是否以及在何种免疫细胞中调节抗肿瘤免疫?
核心机制
TCR激活触发ERβ磷酸化,进而通过非基因组作用增强下游TCR信号级联(如Lck、Zap70、LAT磷酸化),从而促进CD8+ T细胞效应功能。
主要证据
使用Esr2Y55F/Y55F小鼠模型,发现多种肿瘤生长加速;骨髓嵌合体和CD8+ T细胞过继转移实验证明CD8+ T细胞中ERβ信号具有抗肿瘤功能;体外实验显示KI CD8+ T细胞中TCR信号减弱,细胞因子产生减少。
研究意义
支持开发ERβ激动剂(如S-equol)与ICB免疫疗法联合用于癌症治疗,并为ERβ磷酸酪氨酸开关在抗肿瘤免疫中的功能提供遗传学证据。

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

生成ERβ Y55F敲入小鼠

研究ERβ磷酸酪氨酸开关在宿主中的功能

通过同源重组在小鼠ES细胞中引入Y55F突变,获得纯合突变小鼠(Esr2Y55F/Y55F),并通过PCR和测序验证基因型,免疫印迹确认ERβ蛋白表达水平。

2

多种肿瘤模型评估宿主ERβ对肿瘤生长的影响

验证宿主ERβ磷酸酪氨酸开关对肿瘤生长的抑制作用

将多种同基因肿瘤细胞(M-Wnt、MC38、B16F10等)移植到WT和KI小鼠中,测量肿瘤体积和肺转移。

3

骨髓嵌合体实验

确定宿主ERβ抗肿瘤功能是否来源于骨髓来源细胞

将WT或KI骨髓细胞移植到辐照的WT(CD45.1)受体中,8周后进行肿瘤挑战,比较肿瘤生长和转移。

4

CD8+ T细胞过继转移

验证CD8+ T细胞中ERβ信号的细胞自主抗肿瘤功能

纯化WT或KI小鼠的CD8+ T细胞,过继转移至Rag1-/-受体,次日接种B16F10黑色素瘤,监测肿瘤生长。

5

体外CD8+ T细胞激活和信号分析

探究ERβ信号增强CD8+ T细胞活化的机制

纯化的WT和KI CD8+ T细胞经抗CD3/CD28激活,在不同时间点检测ERβ磷酸化水平、细胞因子分泌(ELISA)和TCR信号分子磷酸化(免疫印迹)。

6

S-equol联合抗PD-1免疫疗法评估

评估ERβ激动剂S-equol增强免疫检查点阻断疗效的可能性

在AT-3、EMT-6、E0771和B16F10肿瘤模型中,使用IgG、抗PD-1、S-equol及两者联合治疗,监测肿瘤生长和肿瘤浸润CD8+ T细胞。

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。

验证样本或模型特征
验证分子表达变化
验证免疫效应
验证机制链路

产品清单

实验环节名称品牌货号
Rag1-/-小鼠The Jackson Laboratory--
HEK293T细胞ATCC--
MC38结肠腺癌细胞ATCC--
B16F10黑色素瘤细胞ATCC--
EMT-6乳腺肿瘤细胞ATCC--
EL4 T淋巴瘤细胞ATCC--
E0771乳腺肿瘤细胞CH3 Biosystems940001
M-Wnt乳腺肿瘤细胞Dr. Steven Hursting--
AT-3乳腺肿瘤细胞Dr. Scott Abrams's lab--
ID8agg-Luc卵巢肿瘤细胞Dr. Tyler Curiel's lab--
DMEM培养基Thermo Fisher Scientific11965
青霉素-链霉素Thermo Fisher Scientific15140122
抗IgG2a抗体BioXcellBE0146
抗PD-1抗体BioXcellBE0089
S-雌马酚Ausio Pharmaceuticals--
甲氧苄啶-磺胺甲噁唑Hi-Tech Pharmacal--
EasySep小鼠CD8a正向分选试剂盒IIStemcell Technologies18953
Ghost Dye UV 450Tonbo Biosciences13-0868
抗CD16/32抗体Tonbo Biosciences70-0161
抗CD3抗体Tonbo Biosciences70-0032
抗CD4抗体Invitrogen78-0041-82
抗CD8抗体BD Biosciences557654
抗CD11c抗体BioLegend117309
抗F4/80抗体BioLegend123109
抗CXCR3抗体Biolegend126505
抗IFNγ抗体Tonbo35-7311
MagniSort小鼠CD8 T细胞富集试剂盒Invitrogen--
抗CD3抗体(克隆145-2C11)Bio X Cell--
抗CD28抗体(克隆37.51)Bio X Cell--
RNeasy试剂盒Qiagen--
ImPromII逆转录系统Promega--
SYBR GreenThermo Scientific--
RIPA裂解和提取缓冲液----
细胞分级分离试剂盒CST9083
Pierce BCA蛋白定量试剂盒Pierce23225
抗ERβ小鼠单克隆抗体Thermo FisherMA5-24807
抗Zap70抗体CST3165
抗磷酸化Zap70(Tyr319)/Syk(Tyr352)抗体CST2717
抗LAT抗体CST45533
抗磷酸化LAT(Tyr220)抗体CST20172
抗Lck抗体CST2752
抗磷酸化Lck(Tyr505)抗体CST2751
抗波形蛋白抗体CST5741
抗MEK1/2抗体CST8727
抗AIF抗体CST5318
抗α-微管蛋白抗体CST3873
ECL SuperSignal West Pico PLUS化学发光底物Thermo Fisher34580
抗CD3/CD28磁珠Thermo Fisher11452D
IL-2 ELISA试剂盒R&DSM2000
IFNγ ELISA试剂盒R&DMIF00
TNFα ELISA试剂盒R&DMTA00B
IVIS Lumina成像系统Perkin Elmer--
LSR II流式细胞仪BD Bioscience--
FACSAria流式细胞分选仪BD Bioscience--
7900HT实时荧光定量PCR系统Applied Biosystems--
PrismPad 7软件GraphPad Prism Software--

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
小鼠模型
小鼠品系、年龄、基因型确认(WT vs Esr2Y55F/Y55F)、饲养条件
阅读提示:详见Methods中'Animals'部分
肿瘤移植
肿瘤细胞系、接种细胞数、接种部位(第四乳腺脂肪垫、皮下、腹腔)、肿瘤测量方法
阅读提示:详见Methods中'In vivo tumor challenges, treatment and assessment'部分
骨髓嵌合体
受体辐照剂量(10 Gy)、骨髓细胞来源(WT或KI)、细胞数(1×10^7)、重建时间(至少8周)
阅读提示:详见Methods中'Bone marrow chimeras'部分
CD8+ T细胞过继转移
供体小鼠基因型、CD8+ T细胞分离方法(EasySep Positive Selection Kit II)、细胞数(2×10^6)、受体(Rag1-/-)、肿瘤接种时间
阅读提示:详见Methods中'Adoptive transfer of CD8+ T cells'部分
体外T细胞激活
抗CD3/CD28浓度(10 μg/mL / 1 μg/mL)、包被条件、激活时间点、细胞培养基
阅读提示:详见Methods中'CD8 T cell isolation and in vitro activation'部分