Nature DSP 平台助力揭示Y染色体丢失通过适应性免疫逃逸来驱动肿瘤生长
Y染色体缺失（LOY）与膀胱癌有关（10-40%），但其临床和生物学意义尚不清楚。本研究对自然发生的LOY突变型膀胱癌细胞以及通过CRISPR-Cas9靶向缺失Y染色体的细胞进行了深入的研究。结果发现，Y阳性（Y+）和Y阴性（Y-）肿瘤在体外生长相似，而在体内Y-肿瘤比Y+肿瘤更具侵袭性。LOY突变的癌细胞改变了T细胞的功能，促进T细胞衰竭，并使其对PD-1靶向免疫治疗更敏感。Y染色体相关基因UTY和KDM5D的缺失有可能成为确定膀胱癌临床侵袭性的重要预后因素。通过单核RNA测序和空间蛋白质组学分析，对上述结果进行了进一步验证，为了解LOY突变生物学机制和改善癌症免疫治疗的潜在生物标志物提供了见解。
文章详情
中文题目：Y染色体丢失通过适应性免疫逃逸来驱动肿瘤生长
发表时间：2023.06
期刊名称：Nature
影响因子：64.8
实验平台：单核细胞测序、光谱流式细胞术、GeoMx DSP、CODEX、全转录组测序、全外显子测序
DOI：https://doi.org/10.1038/s41586-023-06234-x
01 研究结果
1、LOY与患者较差的预后相关
首先，研究者根据膀胱内膜正常细胞中Y染色体相关的18个编码基因的表达模式，开发了一种评分系统来测量癌症中Y染色体的缺失。然后，利用该评分对TCGA数据库中300名肌肉浸润性膀胱癌（MIBC）的男性患者的生存率进行分析。通过评分将样本分为两组：Yhigh（n=182）和 Ylow（n=118）组，Ylow组生存率明显低于Yhigh组。同时，研究者发现，4个Y染色体基因（KDM5D、UTY、TBL1Y和ZFY）表达减少与预后不良有关。
Fig 1 LOY与男性MIBC患者较差的预后有关
2、建立LOY小鼠膀胱癌模型研究肿瘤侵袭性机制
为了确定为什么缺少Y染色体的膀胱癌更具侵袭性，研究人员接下来通过小鼠膀胱癌模型进行进一步研究。研究者评估了MB49的Y染色体基因表达（小鼠膀胱癌细胞系，已被研究证明会自然失去Y染色体），并进行体外和体内培养。在体外培养中，研究者发现Y−和Y+亚群之间的增殖没有差异。将Y−和Y+系皮下注射到野生型雄性C57BL/6小鼠以及免疫缺陷小鼠模型中，研究LOY对体内肿瘤生长的影响。结果发现，在免疫系统完整的小鼠中，Y−肿瘤生长速度比Y+肿瘤更快；而在免疫缺陷Rag2−/−Il2rg−/−小鼠中生长速度相同，这表明Y−肿瘤可能与抗肿瘤适应性免疫逃避有关。接下来，研究者通过干预Y染色体相关基因的表达，进一步确定Y−肿瘤中导致免疫逃逸的分子驱动因素。结果发现，Uty和Kdm5d 与Y−肿瘤的抗肿瘤免疫功能受损，推测可能是确定膀胱癌临床侵袭性的一个潜在的预后因素。
Fig 2 LOY以及Y染色体基因Kdm5d和Uty的缺失促进肿瘤生长
3、LOY癌细胞产生免疫抑制TME
研究者发现，在WT和B细胞缺陷小鼠中，Y−肿瘤生长更快；然而，在T细胞缺陷小鼠中，Y+和Y−肿瘤的生长速度无差异，说明内源性抗肿瘤T细胞免疫可能参与控制Y+肿瘤的生长。接下来，研究者通过光谱流式细胞术，研究Y+和Y−肿瘤之间的瘤内CD45+免疫细胞群的差异。结果发现，CD8+T细胞、免疫抑制巨噬细胞（CD11b+ F4/80+ LY6C− CD206+）以及PD-L1+ CD45+免疫细胞在Y−肿瘤中占有更高的比例，而Y+肿瘤中的肿瘤浸润性巨噬细胞（CD11b+ F4/80+LY6C+ CD206−）表现出更显著的炎症性表型。使用GeoMX空间蛋白质组学分析，也发现在Y−肿瘤组织切片中F4/80+巨噬细胞数量增加以及PD-1/PD-L1表达增加。通过结合已发表的单细胞数据集结合流式细胞数据，发现Ylow肿瘤细胞含有更高比例的耗竭CD8+T细胞，支持了LOY肿瘤促进TME中CD8+ T细胞衰竭的推测。
Fig 3 Ylow 抑制T细胞免疫并赋予免疫抑制TME
接下来，研究者利用CODEX进一步验证snRNA-seq结果，并在组织学上评估T细胞衰竭水平。结果与snRNA-seq分析一致，Ylow膀胱癌中含有更高比例的功能失调的CD8+ T细胞。并且TOX 在多种类型的CD8+T细胞和调节性T细胞中高表达，这些数据支持了LOY肿瘤促进TME中CD8+ T细胞衰竭的概念。
Ylow膀胱癌含有更高比例衰竭CD8+ T细胞
4、LOY肿瘤对anti-PD-1/PD-L1免疫治疗的反应
研究者发现，与Y+肿瘤相比，Y−肿瘤模型在anti-PD-1治疗后具有明显的改善；在anti-PD-1治疗后，Y−肿瘤的CD8+ T细胞对治疗表现出更大的表型反应，从耗竭性状态转变到更活跃的分化状态。而经同型对照抗体处理的Y−肿瘤显示，CD8+ T细胞衰竭标志物TOX和TIM3的表达增加。接下来，研究者在IMvigor210（anti-PD-1）临床试验中，评估了Ylow和Yhigh膀胱癌患者的总生存期，发现Ylow膀胱癌患者在anti-PD-1治疗后有更好的预后。
Ylow膀胱癌对anti-PD-1 ICB治疗的反应
02 研究结论
LOY肿瘤通过促进CD8+ T细胞衰竭来逃避适应性免疫，在此过程中，LOY肿瘤对anti-PD-1 ICB也更敏感，其主要由于ICB介导了T细胞从衰竭分化为效应功能的转变。在基因评估中，发现Y染色体相关基因UTY 和KDM5D 的缺失有可能成为确定膀胱癌临床侵袭性的重要预后因素，用于膀胱癌患者ICB治疗可能会获得更好的治疗反应以及生存结果。此外，UTY 和KDM5D 的短暂药物抑制可能对正在接受ICB治疗的Yhigh肿瘤患者提供更强的治疗益处。
