靶向调节性T细胞中的Cdc42 GTP酶可释放抗肿瘤T细胞免疫

Targeting of Cdc42 GTPase in regulatory T cells unleashes antitumor T-cell immunity

作者信息Khalid W Kalim, Jun-Qi Yang, Mark Wunderlich, Vishnu Modur, Phuong Nguyen, Yuan Li, Ting Wen, Ashley Kuenzi Davis, Ravinder Verma, Qing Richard Lu, Anil G Jegga, Yi Zheng, Fukun Guo
PMID36427906
发布时间2022-11
DOI10.1136/jitc-2022-004806

实验完整度

实验包含基因敲除小鼠模型、细胞培养、流式细胞术、体内肿瘤模型、化学抑制剂处理、RNA-seq及机制验证等多个独立证据层级,并进行了功能验证和机制验证。

主要模型

MC38小鼠结肠癌模型 KPC小鼠胰腺癌模型 HCT116人结肠癌异种移植瘤模型(NSGS小鼠)

重点核对

Treg细胞特异性Cdc42杂合敲除小鼠(Cdc42Flox/+Foxp3YFP-Cre)的构建与表型验证 CASIN给药方案(30mg/kg每日两次,7天后改为40mg/kg每日一次)对肿瘤生长和Treg细胞稳定性的影响 抗PD-1联合CASIN的协同抗肿瘤效果 WASP、GATA3和CAI信号轴的机制验证,包括体外细胞培养和抑制剂处理

摘要

背景:癌症免疫治疗已成为癌症治疗的核心。然而,当前的免疫疗法仅能使少数癌症患者受益,因此需要更好地理解肿瘤免疫逃逸的机制并改进癌症免疫治疗策略。调节性T(Treg)细胞通过抑制效应T细胞功能在维持免疫耐受中发挥重要作用。在肿瘤微环境中,肿瘤细胞利用Treg细胞来对抗效应T细胞介导的肿瘤抑制。因此,靶向Treg细胞可能释放效应T细胞的抗肿瘤活性。虽然系统性清除Treg细胞可导致过度的效应T细胞反应和随后的自身免疫性疾病,但受控的Treg细胞靶向可能使癌症患者受益。方法:对来自Treg细胞特异性Cdc42杂合敲除小鼠、经Cdc42抑制剂CASIN处理的C57BL/6小鼠和对照小鼠的Treg细胞,通过流式细胞术检测其稳态和稳定性。通过H&E染色和ELISA评估Treg细胞特异性Cdc42杂合敲除小鼠、CASIN处理的C57BL/6小鼠和对照小鼠的自身免疫反应。通过用MC38小鼠结肠癌细胞、KPC小鼠胰腺癌细胞或HCT116人结肠癌细胞攻击小鼠,评估Treg细胞特异性Cdc42杂合敲除小鼠、CASIN处理的C57BL/6小鼠、人源化NSGS小鼠和对照小鼠的抗肿瘤T细胞免疫。结果:Treg细胞特异性杂合缺失或用CASIN药理学靶向Cdc42不影响Treg细胞数量,但诱导Treg细胞不稳定,从而引发抗肿瘤T细胞免疫,而未检测到自身免疫反应。Cdc42靶向对免疫检查点抑制剂抗程序性细胞死亡蛋白1抗体诱导的针对小鼠和人类肿瘤的T细胞反应产生累加效应。机制上,Cdc42靶向通过碳酸酐酶I介导的pH变化诱导Treg细胞不稳定并释放抗肿瘤T细胞免疫。结论:在Treg细胞中合理靶向Cdc42在癌症免疫治疗中具有治疗前景。

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
本研究探讨了如何在避免自身免疫的前提下,通过靶向Cdc42诱导Treg细胞不稳定,从而增强抗肿瘤T细胞免疫。
核心机制
Cdc42的杂合缺失或药理学抑制通过下调WASP-GATA3信号,上调碳酸酐酶I(CAI)表达,导致细胞外pH碱化,从而诱导Treg细胞不稳定,释放抗肿瘤T细胞免疫。
主要证据
证据来自Treg细胞特异性Cdc42杂合敲除小鼠、CASIN处理的C57BL/6小鼠以及人源化NSGS小鼠中的肿瘤模型,结合流式细胞术、RNA-seq、qRT-PCR和ChIP-qPCR等验证。
研究意义
研究提出靶向Cdc42可作为一种癌症免疫治疗策略,可能对现有免疫治疗仅使少数患者受益的情况提供补充。

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

验证Cdc42杂合敲除对Treg细胞稳态和稳定性的影响

确定Treg细胞特异性Cdc42杂合缺失是否影响Treg细胞的稳态和稳定性,以及是否引发自身免疫。

通过流式细胞术检测Cdc42Flox/+Foxp3YFP-Cre小鼠脾脏中Treg细胞的数量、增殖、凋亡、功能标记物表达,并通过H&E染色评估组织炎症,通过ELISA检测自身抗体。

2

评估Cdc42杂合敲除对肿瘤生长的影响

探究Cdc42杂合敲除诱导的Treg细胞不稳定能否抑制肿瘤生长。

将MC38或KPC肿瘤细胞皮下接种到Cdc42Flox/+Foxp3YFP-Cre和对照小鼠,记录肿瘤体积,并通过流式细胞术分析肿瘤浸润的免疫细胞。

3

研究Cdc42杂合敲除诱导Treg细胞不稳定的机制

鉴定介导Cdc42杂合敲除诱导Treg细胞不稳定的关键信号通路。

通过RNA-seq分析Cdc42杂合敲除Treg细胞与对照Treg细胞的基因表达差异,并验证WASP-GATA3-CAI信号轴。

4

评估药理学靶向Cdc42(CASIN)的抗肿瘤效果

确定Cdc42抑制剂CASIN是否能模拟Cdc42杂合敲除的抗肿瘤效应,且不引起自身免疫。

在C57BL/6小鼠中接种MC38肿瘤,并用CASIN处理,评估肿瘤生长、Treg细胞稳定性、效应T细胞反应和自身免疫指标。

5

评估CASIN与抗PD-1联合治疗的效果

探索CASIN是否能增强免疫检查点抑制剂(抗PD-1)的抗肿瘤T细胞免疫。

在MC38肿瘤模型和HCT116人源化模型中,单独或联合使用CASIN和抗PD-1,比较肿瘤生长和免疫细胞浸润。

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
CASINCayman Chemical17694
β-环糊精Cayman Chemical23387
乙酰唑胺Sigma-AldrichA6011
wiskostatinCayman Chemical15047
pyrrothiogatainSanta Cruzsc-352288A
抗CD4抗体Bio X CellBE0003-3
抗CD8抗体Bio X CellBE0118
抗CD25抗体Bio X CellBE0012
抗PD-1抗体Bio X CellBE0146
Treg细胞扩增试剂盒Miltenyi130-095-925
CD4+ T细胞分选试剂盒Miltenyi130-117-043
全T细胞分选试剂盒Miltenyi130-095-130
CD25磁珠分选试剂盒Miltenyi130-091-072
IV型胶原酶SigmaC5138
GolgiPlugBD Biosciences--
BrdU流式检测试剂盒BD Pharmingen552598
抗GATA3抗体InvitrogenMA1-028
CAI shRNAOrigeneTL510087
GATA3 shRNAOrigeneTL513036
对照shRNAOrigeneTR30021
RNeasy RNA提取试剂盒Qiagen--
高容量cDNA逆转录试剂盒Applied Biosystems4368814
Platinum SYBR Green qPCR SuperMix-UDG with ROXInvitrogen11-744-500
StepOnePlus实时荧光定量PCR系统Applied Biosystems4376600
EZ DNA甲基化金标准试剂盒Zymo ResearchD5007
用于免疫沉淀的Dynabeads Protein GThermo Fisher Scientific10003D
TaqMan通用PCR预混液Thermo Fisher Scientific4304437
抗活化caspase 3抗体BD Pharmingen559341
抗dsDNA ELISA试剂盒Alpha Diagnostic International5120-1
抗核抗体ELISA试剂盒Alpha Diagnostic International5210
MC38细胞----
KPC细胞----
HCT116细胞----

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
Treg细胞特异性Cdc42杂合敲除模型
Cdc42Flox/+Foxp3YFP-Cre小鼠的构建与验证;杂合敲除的确认;小鼠的年龄和性别
阅读提示:Methods:小鼠模型;结果:Figure 1 图注
肿瘤模型
肿瘤细胞系(MC38, KPC, HCT116);注射细胞数和体积(MC38/KPC:8×10^5/100µL;HCT116:2×10^6/100µL);接种部位(皮下);HCT116在NSGS小鼠接种前需要CD34+造血干细胞移植
阅读提示:Methods:肿瘤生长研究;结果:Figure 2, Figure 7 图注
CASIN处理
CASIN剂量和给药方案(30mg/kg每日两次,7天后40mg/kg每日一次,腹腔注射);溶剂(60% PBS + 40% β-环糊精);给药起始时间(预防或治疗)
阅读提示:Methods:肿瘤生长研究及治疗;Figure 5 图注
抗PD-1治疗
抗PD-1克隆(RMP1-14);剂量(150µg/小鼠);给药方案(每两天一次,共5次,肿瘤出现时开始)
阅读提示:Methods:肿瘤生长研究及治疗;Figure 7 图注
细胞培养和体外实验
Treg细胞扩增条件(Miltenyi扩增试剂盒);培养基pH(7.40 vs 7.60);抑制剂浓度(CASIN、wiskostatin、pyrrothiogatain、acetazolamide);shRNA转导条件
阅读提示:Methods:细胞培养和体外实验;Figure 3, Figure 4, Figure 6 图注