Cell：肿瘤组织中ECM硬度如何加剧CD8+ T细胞耗竭
2024-07-14363厦门大学细胞应激生物学国家重点实验室 周大旺教授、陈兰芬教授
导言
细胞外基质（ECM）的结构与硬度变化一直是癌症中具有代表性的特征。而ECM的生物力学性质的变化真正如何影响肿瘤反应性CD8+ T细胞仍旧是悬而未决的问题。来自厦门大学细胞应激生物学国家重点实验室的周大旺教授、陈兰芬教授等研究组最近在Cell杂志上发表的最新研究结果揭示了转录因子Osr2是如何整合生物力学信号并促进肿瘤反应性CD8+ T细胞耗竭 （Zhang et al. Cell, 2024）。
肿瘤微环境中被基质包围的T细胞在较软的ECM中会有更高的细胞迁移能力与免疫检查阻断肿瘤疗效增强。通常实体瘤（Solid Tumor）中的ECM相较于正常组织会具有更大的硬度，而这种硬度的增加被发现与肿瘤中的CD8+ T 细胞耗竭现象存在关联。为了探索这一现象的机理，本文作者首先使用生物型原子力显微镜 NanoWizard 4对人类肝细胞癌（HCC）组织进行Collage I免疫荧光染色与组织硬度的原位测量。测量结果（图一A）显示，HCC组织中Collage I高表达区域的硬度更高。此外，Collage I高表达亦伴随着更高水平的PD-1与 TIM-3，显示该区域内有大量晚期耗竭的CD8+ T细胞（图一 B&C）。为了验证CD8+ T细胞耗竭与ECM硬度刺激的相关性，研究者建立了一套体外细胞培养模型：在T细胞受体激活48小时后使用不同硬度（5、40 、200 kPa，AFM测定）的PDMS Gel来诱导CD8+ T细胞耗竭。实验证实，模拟更高ECM环境硬度的PDMS Gel，会显著提高 CD8+ T细胞耗竭。
图一 机械力增强CD8+ T细胞耗竭
在确立肿瘤组织中ECM硬度和CD8+ T细胞的关联后，研究者们进一步探索了与此现象相关的细胞机械力受体与其下游调控的信号通路。根据体外细胞培养模型结果（图二），硬的PDMS Gel会激活机械力离子通道Piezo 1，提高胞内钙离子浓度。而使用Piezo 1的抑制剂 GsMTx4或Pizeo 1敲除会明显改善和逆转CD8+ T细胞耗竭趋势。
图二 机械力离子通道Piezo 1 的钙离子内流诱导CD8+ T细胞耗竭
确定了导致CD8+ T细胞耗竭的机械力受体为Piezo 1后，研究者们继续使用Piezo 1的激活剂Yoda 1来探索下游的信号通路。根据RNAseq结果，Osr2 转录因子在CD8+ T细胞上Piezo 1被激活后，其表达量显著提高（图三）。一系列生化实验结果表明，Osr2的表达是通过耦合T细胞受体（TCR）信号和Piezo1/CaMKII/CREB轴介导的生物力学应激信号，在终末枯竭的肿瘤特异性CD8+ T细胞亚群中进行选择性诱导。基于此，敲除Osr2亦被证明可降低CD8+ T细胞耗竭并显著提高CAR-T治疗效果（图三）。
图三
Osr2在受机械应力激活的CD8+T细胞中选择性诱导
机械应力通过Piezo1/CaMKII/CREB/Osr2轴增强CD8+ T细胞枯竭
Osr2特异性减弱终末枯竭的CD8+T细胞的功能靶向Osr2信号增强T细胞介导的固体肿瘤免疫疗法
（实验细节与结果请参见原文）
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网址链接：https://doi.org/10.1016/j.cell.2024.04.023
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