对共生乳头瘤病毒的免疫可预防皮肤癌

Immunity to commensal papillomaviruses protects against skin cancer.

作者信息John D Strickley, Jonathan L Messerschmidt, Mary E Awad, Tiancheng Li, Tatsuya Hasegawa, Dat Thinh Ha, Henry W Nabeta, Paul A Bevins, Kenneth H Ngo, Maryam M Asgari, Rosalynn M Nazarian, Victor A Neel, Alfred Bennett Jenson, Joongho Joh, Shadmehr Demehri
PMID31666702
期刊Nature
发布时间2019-11
DOI10.1038/s41586-019-1719-9

实验完整度

高

包含小鼠模型、人组织样本和组学分析等多个证据层级,并有CD8+ T细胞耗竭和T细胞转移的功能验证。

主要模型

MmuPV1定植的免疫健全小鼠(C57BL/6J、FVB、SKH-1、XPC−/−) CD4−/−;CD8−/− T细胞缺陷小鼠 人皮肤癌及邻近正常皮肤样本 人正常面部皮肤T细胞

重点核对

MmuPV1接种:背部皮肤划痕后滴加20 μL纯化病毒, sham组给予无菌生理盐水 化学致癌:DMBA单次100 μg,TPA每周三次(C57BL/6J,30周)或每周两次(FVB,20周) UV致癌:DMBA单次50 μg(SKH-1)或100 μg(XPCKO),一周后UVB 100 mJ/cm2每周三次,持续25周(SKH-1)或30周(XPCKO) CD8+ T细胞耗竭:anti-CD8抗体首剂750 μg,后续每周250 μg腹腔注射 T细胞转移:供体记忆T细胞129,600 cells/小鼠(CD4+:CD8+ = 6:1)静脉注射

摘要

免疫抑制会增加病毒感染相关癌症的风险。特别是皮肤鳞状细胞癌(SCC)在免疫抑制患者中风险增加超过100倍,并已与β人乳头瘤病毒(β-HPV)感染相关联。然而,既往研究未能确立HPV在驱动皮肤癌发展中的因果作用。在此,我们通过证明针对共生乳头瘤病毒的T细胞免疫在免疫健全宿主中抑制皮肤癌,为这一关联提供了另一种解释。这种免疫的丧失,而非HPV的致癌效应,是免疫抑制患者皮肤癌风险显著增加的原因。为了研究乳头瘤病毒对致癌物驱动的皮肤癌的影响,我们用小鼠乳头瘤病毒1型(MmuPV1)定植了几株免疫健全小鼠。定植后具有自然抗MmuPV1免疫的小鼠,以及通过来自免疫小鼠的T细胞转移或MmuPV1疫苗接种获得免疫的小鼠,以CD8+ T细胞依赖的方式免受化学和紫外线(UV)诱导的皮肤癌发生。对25种共生β-HPV的RNA和DNA原位杂交显示,与邻近正常皮肤相比,人皮肤癌中病毒活性和载量显著降低,提示针对病毒阳性恶性细胞的强免疫选择。一致地,β-HPV E7肽激活了来自正常人皮肤的CD8+ T细胞。我们的发现揭示了共生病毒的有益作用,并为通过增强针对存在于我们所有皮肤中的共生HPV的免疫来阻断皮肤癌发展的新型免疫方法奠定了基础。

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
共生乳头瘤病毒在致癌物驱动的皮肤癌发生中起什么作用?
核心机制
针对共生乳头瘤病毒的CD8+ T细胞免疫抑制皮肤癌发生;免疫抑制患者中该免疫丧失导致病毒活性增加和皮肤癌风险升高。
主要证据
MmuPV1定植的免疫健全小鼠在化学和UV致癌模型中肿瘤发生延迟、数量减少,且该保护作用依赖于CD8+ T细胞;人皮肤癌中β-HPV活性和载量较邻近正常皮肤降低,且β-HPV E7肽可激活正常人皮肤CD8+ T细胞。
研究意义
揭示了共生病毒的有益作用,为通过增强针对共生HPV的免疫来阻断皮肤癌发展提供了新型免疫方法的基础。

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

建立MmuPV1皮肤定植模型

建立小鼠乳头瘤病毒皮肤定植体系并观察免疫健全与T细胞缺陷小鼠的差异。

对野生型、XPC−/−和CD4−/−;CD8−/−小鼠背部皮肤划痕后接种纯化MmuPV1病毒,观察疣的发展。

2

评估MmuPV1定植对化学致癌的影响

验证MmuPV1定植是否影响DMBA-TPA诱导的皮肤癌发生。

MmuPV1定植和sham感染小鼠接受DMBA-TPA处理,监测肿瘤潜伏期、数量和负荷。

3

评估MmuPV1定植对UV致癌的影响

验证MmuPV1定植是否影响DMBA-UV诱导的皮肤癌发生。

MmuPV1定植和sham感染SKH-1或XPCKO小鼠接受DMBA和UVB处理,监测肿瘤发生。

4

验证CD8+ T细胞依赖性

确定CD8+ T细胞在MmuPV1诱导的抗肿瘤免疫中的作用。

用anti-CD8抗体或IgG对照处理MmuPV1定植或sham(VLP)感染SKH-1小鼠,并结合UV致癌方案。

5

T细胞转移实验

验证来自MmuPV1免疫小鼠的T细胞能否转移保护性免疫。

从MmuPV1免疫小鼠皮肤引流淋巴结分选记忆T细胞,转移至CD4−/−;CD8−/−或带疣野生型小鼠,观察疣消退和致癌保护。

6

人皮肤样本中β-HPV检测及T细胞激活

探究β-HPV在人皮肤癌中的活性及是否存在病毒特异性T细胞免疫。

对免疫抑制和免疫健全患者的皮肤癌及邻近正常皮肤进行β-HPV RNAish和DNAish,并用β-HPV E7肽刺激正常人皮肤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。

产品清单

实验环节名称品牌货号
氯化铯Sigma-Aldrich289329
Slide-A-Lyzer透析盒VWRPI66230
美洛昔康Boehringer Ingelheim Vetmedica--
DNeasy血液与组织试剂盒Qiagen69506
EasySep™小鼠T细胞分离试剂盒Stemcell Technologies19851
CD45-APC抗体BioLegend103112
CD3e-PE-Cy7抗体Biolegend100320
CD8α-FITC抗体Biolegend100706
CD62L-PerCP/Cy5.5抗体Biolegend104432
聚肌胞苷酸Sigma-AldrichP1530
咪喹莫特Sigma-Aldrich1338313
乙醇Sigma-Aldrich276855
红细胞裂解液Biolegend420301
12-O-十四烷酰佛波醇-13-乙酸酯Sigma-AldrichP1585
UVP Black-Ray® UVB灯VWR36575–052
International Light IL 1400A数字照度计International Light Technologies--
抗CD8抗体(大鼠抗小鼠CD8α,YTS 169.4)BioXCell--
IgG(大鼠同型对照)Sigma-Aldrich--
Klentaq1反应缓冲液DNA Polymerase TechnologyRB20
脱氧核苷三磷酸Bio BasicDD0056
Klentaq-LA DNA聚合酶DNA Polymerase Technology110
琼脂糖凝胶Genesee Scientific20–102QD
Triton X-100Thermo Fisher ScientificBP151
抗原修复液Vector LaboratoriesH-3300
Tween 20Sigma-AldrichP1379
牛血清白蛋白Fisher ScientificBP1600
山羊血清Sigma-AldrichG9023
4’,6-二脒基-2-苯基吲哚InvitrogenD3571
Prolong Gold抗淬灭封片剂InvitrogenP36930
RNAscope® 1X靶标修复试剂Advanced Cell Diagnostics322000
RNAscope®蛋白酶PlusAdvanced Cell Diagnostics322331
HybEZ™烤箱IIAdvanced Cell Diagnostics321720
RNAscope® 2.5 HD检测试剂-红色Advanced Cell Diagnostics322360
PPIB探针Advanced Cell Diagnostics313901
dapB探针Advanced Cell Diagnostics310043
Allprotect组织保存试剂Qiagen76405
RNeasy裂解缓冲液(RLT缓冲液)Qiagen79216
Allprep DNA/RNA微型试剂盒Qiagen80284
Nanodrop分光光度计Nano Drop TechnologiesND-1000
SuperScript III逆转录试剂盒ThermoFisher18080044
LightCycler 480 II实时PCR仪Roche05015278001
RNeasy微型试剂盒Qiagen74104
NEBNext Ultra RNA文库构建试剂盒(Illumina)New England BiolabsE7770
Illumina NovaSeq 6000测序系统Illumina--
β-HPV E7肽JPT--
HPV16 E7肽(PepMix™ HPV 16(E7蛋白))JPTPM-HPV16-E7
佛波醇-12-肉豆蔻酸酯-13-乙酸酯----
离子霉素----

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
MmuPV1皮肤定植
病毒接种量20 μL、皮肤划痕方式、小鼠品系及年龄(6-10周龄雌性)
阅读提示:Methods中MmuPV1 inoculation小节;Extended Data Fig. 1
化学致癌
DMBA剂量100 μg、TPA处理频率和持续时间(C57BL/6J每周三次30周;FVB每周两次20周)
阅读提示:Methods中Chemical Carcinogenesis小节;Fig. 1图注
UV致癌
DMBA剂量(SKH-1 50 μg;XPCKO 100 μg)、UVB剂量100 mJ/cm2、照射频率每周三次、持续时间(SKH-1 25周;XPCKO 30周)
阅读提示:Methods中UV Carcinogenesis小节;Fig. 2图注
CD8+ T细胞耗竭
anti-CD8抗体克隆YTS 169.4、首剂750 μg、后续每周250 μg、腹腔注射
阅读提示:Methods中CD8+ T cell depletion小节;Extended Data Fig. 5g
T细胞转移
供体小鼠免疫状态、分选记忆T细胞标志(CD45- CD3+ CD4+ CD62Llow/CD8+ CD62Llow)、转移细胞数129,600 cells/小鼠、CD4+:CD8+比例6:1、静脉注射
阅读提示:Methods中T cell isolation and transfer小节;Extended Data Fig. 2a
人β-HPV RNAish/DNAish
探针覆盖25种β-HPV、阳性对照(PPIB)和阴性对照(dapB)、信号计数方法(盲法,10个高倍视野)
阅读提示:Methods中RNA and DNA in situ hybridization小节;Fig. 3图注
人皮肤T细胞激活实验
肽池浓度5 μg/mL、刺激时间24小时、激活标志物CD69和CD137、阳性对照PMA/ionomycin
阅读提示:Methods中Human T cell isolation and peptide stimulation小节;Fig. 3c,d图注