DNA拓扑异构酶抑制剂杀伤肿瘤并激活抗肿瘤免疫反应的机制研究

It is known that immunogenic tumor cell death(ICD)can not only inhibit tumor growth, but also induce anti-tumor immunity, which may boost the efficacy of immunotherapy. However, only a limited number of anticancer drugs have been identified as ICD inducers, and their use is restricted to certain cancer types. By constructing a ICD reporter system HMGB1-Gluc, and screening of FDA drug library based on this reporter system, we identified a few DNA topoisomerase inhibitors that induced the release of HMGB1 from tumor cells. Our preliminary results revealed that teniposide, one of these inhibitors, induced DNA damage, chemokine CXCL10 up-expression as well as HMGB1 release. This project is to determine the ICD-inducing effect of teniposide both in vitro and in vivo, and to investigate the mechanism by which teniposide increase the immunogenicity of tumor cells and boost anti-tumor immunity. The outcome of this project will provide theoretical rationale and experiment evidence for the treatment of tumor by teniposide in combination of immunotherapy.

肿瘤细胞的免疫原性死亡不仅能够抑制肿瘤生长，还能够引起机体抗肿瘤免疫反应。因此，诱导免疫原性死亡的药物有望促进肿瘤免疫治疗的效果。然而目前已知的诱导肿瘤细胞免疫原性死亡的药物非常有限，而且只能应用于特定的肿瘤治疗。通过构建一种免疫原性死亡标志物HMGB1的报告系统HMGB1-Gluc并对FDA药物库进行筛选，我们发现多种DNA拓扑异构酶抑制剂能够引起HMGB1的释放。初步结果表明其中一种抑制剂替尼泊苷能够更强地诱导HMBG1的释放和趋化因子CXCL10的表达。本项目将基于细胞水平和小鼠成瘤模型来明确替尼泊苷诱导肿瘤免疫原性死亡的效应，深入研究其如何增强肿瘤细胞的免疫原性以及引起抗肿瘤免疫反应的机制，为ICD类药物联合免疫疗法治疗肿瘤提供理论依据和临床前实验验证。

免疫监测点阻断抗体如anti-PD1等已应用于多种肿瘤的治疗。然而，临床数据显示肿瘤患者对于anti-PD1抗体治疗的应答率只有约20%-40%。研究表明，肿瘤对于anti-PD1的应答主要依赖于肿瘤的免疫原性（如肿瘤的突变负荷、新抗原的丰度等）、肿瘤内PD-L1的表达以及具有免疫活性的肿瘤微环境。因此，通过提升肿瘤的免疫原性等治疗联合anti-PD1治疗有望提升肿瘤治疗效应。研究报道表明，诱导肿瘤的免疫原性死亡能够增强肿瘤抗原的暴露和释放一系列的损伤相关的模式分子如ATP、HMGB1等，从而招募免疫细胞如巨噬细胞和树突状细胞等，提升肿瘤微环境的免疫活性。因此，诱导肿瘤细胞免疫原性死亡的药物联合anti-PD1的治疗，有望提升肿瘤对于anti-PD1的应答，增强治疗效应，让更多的患者获益。基于已有研究报道，我们构建了两个细胞免疫原性死亡药物筛选的报告系统，一个是基于T细胞激活的报告系统，另外一个则是基于HMBG1释放到细胞外的高斯荧光素酶报告系统。通过这两个报告系统对FDA批准的1280个药物进行逐一筛选，我们发现替尼泊苷不仅能够增强T细胞的活化，同时也能够诱导HMGB1的释放。进一步的研究我们发现：1、替尼泊苷能够诱导肿瘤细胞的免疫原性死亡并且诱导抗肿瘤免疫反应；2、替尼泊苷能够增强肿瘤细胞的抗原提呈相关分子的表达；3、替尼泊苷能够介导树突状细胞和T细胞的活化；4、替尼泊苷介导的肿瘤免疫原性依赖于cGAS-STING介导的I型干扰素信号通路；5、替尼泊苷能够抑制肿瘤生长、增加肿瘤微环境的免疫细胞的浸润和活化以及增强肿瘤对anti-PD1治疗的应答。总的来说，我们的发现表明，替尼泊苷可以诱肿瘤细胞中的cGAS-STING介导的IFN-I信号，进而引发肿瘤免疫原性和激活肿瘤微环境，从而增强肿瘤对anti-PD1治疗的反应。目前有多项免疫原性诱导药物的化学免疫疗法联合anti-PD1抗体治疗的临床实验正在进行中，而我们的发现提供另一种可能的化学免疫治疗方法，即替尼泊苷联合anti-PD1治疗肿瘤；并且肿瘤内的STING表达可作为预测患者对这种化学免疫疗法应答的分子标志物。