撰文 | 章台柳
癌症细胞由于基因组的不稳定性和线粒体的失调，会导致细胞质中dsDNA的积累。cGAS是进化保守的天然免疫感应器，识别异常的细胞质dsDNA，随后激活STING信号通路，诱导I型IFN的分泌和MHC I分子的上调。cGAS及下游效应分子STING在大多数细胞类型中都广泛表达。因此，为了逃避dsDNA介导的STING激活并逃避免疫监测，cGAS/STING通路在黑色素瘤、肝细胞癌和结肠癌等癌症细胞中经常受到抑制。cGAS/STING通路调节I型IFN反应、T细胞浸润和抗原呈递；因此，癌症细胞中cGAS/STING通路的下调通常导致肿瘤免疫原性降低，从而导致内在免疫检查点阻断（ICB）的耐药性。
前期研究显示，KRAS-LKB1（KL）突变型非小细胞肺癌（NSCLC）中，由于STING启动子区的DNA甲基化导致表观遗传沉默【1】，这就导致虽然较高的肿瘤突变负荷（TMB）导致新抗原免疫原性，但STING的表达下调有助于肿瘤对ICB的内在耐药性。通常，STK11/LKB1基因的功能丢失突变会促进细胞生长，通过mTOR/AKT通路的过度激活导致细胞对凋亡的抵抗，从而导致肿瘤发生。另一方面，LKB1通过自噬和线粒体自噬等机制在能量应激状态下，调控细胞内稳态，破坏LKB1通路会导致受损的线粒体积累，以及线粒体来源dsDNA溢漏到细胞质。线粒体来源dsDNA触发cGAS/STING通路的活化，激活抗肿瘤免疫从而清除肿瘤。能够高效抑制cGAS/STING通路并将细胞毒性淋巴细胞排除在肿瘤内部区域的肿瘤细胞优先存活，这样就形成虽然TMB很高，但依然具有“冷”肿瘤微环境（cold TMB）的肿瘤组织。因此，在cGAS/STING功能受到抑制的癌症类型中重新激活cGAS/STING通路可能是克服ICB耐药性的一种策略。
MAVS介导的细胞质dsRNA感知在抗病毒免疫中起重要作用。MAVS介导的dsRNA感知和cGAS/STING介导的dsDNA感知都具有共同的下游信号分子——TBK1，TBK1在调控I型IFN、T细胞相关趋化因子和上调MHC I分子中具有重要作用。且内源性dsRNA在细胞质中的异常积累相对不常见，肿瘤细胞通常保留功能活性的细胞质dsRNA感知通路，即使在cGAS/STING通路严重受损的细胞中，这就提供了激活抗肿瘤免疫的潜在策略。最近的研究表明，由于表观遗传沉默、RNA剪接和RNA修饰等转录机制的失调，免疫原性dsRNA是由特定的基因组区域内源性产生的，包括长散布元件（LINE）、短散布元件（SINE）和内源性逆转录病毒（ERV）位点等散布的重复序列。事实上，在辐射或DNA损伤剂治疗等基因毒性应激条件下，细胞质dsRNA传感通路与dsDNA传感通路协同作用，激活先天免疫信号传导，但在这种条件下内源性dsRNA如何以及从哪些区域产生的机制尚不清楚。
微核（micronuclei）是一种与细胞核分离的小的类核结构，通常在肿瘤细胞中发现，在基因毒性治疗后由于有丝分裂过程中染色体错误分离而产生的。微核包含具有非典型表观遗传修饰的受损染色体片段，导致异常的转录调控。这种转录机制的失调可能会导致内源性dsRNA的产生，从而在基因毒性治疗期间激活抗肿瘤免疫反应。前期研究证明，脉冲抑制MPS1（纺锤体组装检查点的重要调控因子）可增强ICB对KL突变型NSCLC的治疗效果【2】。机制上，染色体错误分离而导致微核的形成，微核的核膜破裂产生细胞质dsDNA，激活cGAS/STING通路。而破坏cGAS/STING通路强烈减弱I型IFN反应和抗肿瘤免疫反应，但抗肿瘤免疫反应并没有被完全消除。这表明，在微核形成时，额外的细胞信号可能参与介导抗肿瘤免疫反应。
近日，日本癌症研究基金会的Shunsuke Kitajima团队在Molecular Cell杂志上发表了文章RNA sensing induced by chromosome missegregation augments anti-tumor immunity，发现诱导微核形成后，肿瘤细胞质中显著积累dsRNA，激活MAVS介导的dsRNA感知通路和cGAS/STING通路，进而上调免疫细胞的迁移和抗原递呈过程。对dsRNA序列的追踪表明，形成dsRNA的转录本主要来自非外显子区域，特别是在染色质可及性较高的基因附近的位置。给予MPS1抑制剂明显诱导微核形成，上调细胞质dsRNA感知，激活细胞毒性淋巴细胞而促进抗肿瘤免疫。
研究人员首先使用MPS1抑制剂处理两种NSCLC细胞系，观察微核形成对转录组的影响。除了显著上调与IFN信号刺激的抗病毒反应相关基因，微核的形成显著上调多种与细胞质dsRNA感知和调控相关的基因，在mRNA和蛋白质水平都能检测到。使用J2（dsRNA特异性抗体）进一步证明微核的形成显著增加胞质dsRNA。通过构建MAVS敲除、MAVS/STING双敲除细胞系，证明了在染色体错误分离而诱导微核形成之后，不仅cGAS/STING介导的dsDNA感知通路被激活，而且MAVS介导的dsRNA感知通路也被激活了。在NSCLC细胞系中过表达MAVS则显著增加MPS1抑制剂诱导的天然免疫反应，包括信号通路分子TBK1和STAT1的激活增加，以及CXCL10和IFN-β的分泌增加。研究人员进一步对胞质dsRNA感知通路激活的功能进行检测，发现其显著增强抗原递呈过程，并招募细胞毒性免疫细胞到肿瘤微环境。
其次，研究人员探究了该体系中胞质dsRNA的来源。使用J2抗体去特异性富集dsRNA，然后使用二代测序分析其在基因组的来源。观察到dsRNA形成转录物来源于各种非外显子区域，包括基因间区域（29.2%）和内含子区域（56.5%），且相对更倾向于分布在MPS1抑制剂上调基因的基因间区域和内含子区域。这些dsRNA通常包含各种重复序列，包括LINE、SINE和ERV家族。与分布在整个基因组中的所有重复序列的位置相比，dsRNA更有可能来源于转录起始位点附近的区域。dsRNA更倾向于定位在MPS1抑制剂调控的染色质开放区域。此外，在微核产生之后，除了内在的细胞机制外，自分泌的IFN信号会形成正向反馈环路，放大内源性dsRNA产生。
最后，研究人员在小鼠模型上探究胞质dsRNA感知通路在MPS1抑制剂的抗肿瘤功能中的作用。为了去除cGAS/STING的影响，研究人员构建了cGASlow MAVS WT和KO小鼠肺癌细胞系。MPS1抑制剂在cGASlow MAVS WT荷瘤小鼠中发挥出抗肿瘤功能，但在cGASlow MAVS KO荷瘤小鼠中完全没有抗肿瘤功能。这表明，在由于染色体错离形成微核时，细胞质dsRNA感知通路与cGAS/STING通路协同驱动抗肿瘤免疫。
综上所述，这项研究揭示了染色体错误分离诱导微核形成，微核的破裂不仅导致胞质dsDNA的增加，而且导致胞质dsRNA的积累。激活MAVS介导的dsRNA感知与dsDNA感知协同作用，促进抗肿瘤免疫。研究揭示了dsRNA传感与dsDNA传感协同作用以增强免疫反应的机制，为提高针对基因组不稳定性的癌症治疗的疗效提供了一种方法。
原文链接：
https://www.cell.com/molecular-cell/abstract/S1097-2765(24)00950-X
制版人：十一
1. Kitajima, S., Ivanova, E., Guo, S., Yoshida, R., Campisi, M., Sundararaman, S.K., Tange, S., Mitsuishi, Y., Thai, T.C., Masuda, S., et al. (2019). Suppression of STING associated with LKB1 loss in KRAS-driven lung cancer. Cancer Discov. 9, 34–45.2. Kitajima, S., Tani, T., Springer, B.F., Campisi, M., Osaki, T., Haratani, K., Chen, M., Knelson, E.H., Mahadevan, N.R., Ritter, J., et al. (2022). MPS1 inhibition primes immunogenicity of KRAS-LKB1 mutant lung cancer. Cancer Cell 40, 1128–1144.e8.
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