蛋白4.1R在PDT抗肿瘤免疫中的作用及机制

Photodynamic therapy (PDT) is an approved antitumor modality used for treatment of superficial tumor that leads to not only the direct cycotoxicity but also the stimulation of host immune system which can result in the generation of antitumor immune response. Factors involved in this process and the mechanisms need to be studied for bettering PDT efficacy. In our previous study we have found that absence of protein 4.1 R, a membrane skeleton protein, could depress the cellular response of MEF cells to photodynamic treatment. Moreover, protein 4.1R was also found to regulate the proliferation and antitumor activity of CD8+T cells, thus it is important to determine the roles and the mechanisms of protein 4.1R in antitumor immunity initiated by photodynamic therapy. In this project, MEF-4.1R-/-cell, B16-4.1R-/- cell and 4.1R-/- mice are used to study the effects of protein 4.1R on PDT efficacy and the mechanisms of the antitumor innate immunity and the adaptive immunity. This new functional findings of protein 4.1R may be benefit for bettering clinical PDT regimen.

光动力学疗法（PDT）是目前常用的浅表肿瘤治疗的非手术替代疗法，不仅能直接杀伤肿瘤细胞，还能通过调节机体免疫增强抗肿瘤免疫应答。然而，影响PDT免疫调节的分子和机制目前还未被完全阐明。我们在前期研究中不仅发现细胞膜骨架蛋白4.1R表达缺失降低细胞对PDT的敏感性，还发现4.1R能调控CD8+T淋巴细胞的活化、增殖和抗肿瘤活性，但4.1R参与PDT效应的功能及机制国内外尚未见报道。本课题拟利用PDT处理MEF-4.1R-/-细胞、B16-4.1R-/-肿瘤细胞及4.1R-/-荷瘤小鼠模型，分析4.1R对PDT抗肿瘤疗效的影响，并通过比较野生型和4.1R基因敲除小鼠PDT后肿瘤微环境中关键细胞因子、固有免疫细胞和肿瘤特异性CD8+T淋巴细胞的功能，以期阐明4.1R在PDT抗肿瘤免疫中的调控机制，为揭示4.1R的新功能奠定基础，同时也为优化临床PDT个体化治疗方案提供科学的依据。

光动力疗法（PDT）是一种近年来发展起来的治疗浅表性肿瘤的有效方法。PDT不仅能直接杀伤肿瘤，还可以诱导机体产生特异的抗肿瘤免疫反应。然而影响PDT免疫调节的因素及机制目前还不十分清楚， 在探讨影响PDT免疫调节的因素与机制方面，蛋白4.1R是本研究关注的重点。蛋白4.1R因首先发现于红细胞且处于红细胞膜蛋白凝胶电泳的第4.1个条带处而得名。作为大小为80KD的膜骨架蛋白，是将红细胞跨膜蛋白和血影蛋白-肌动蛋白骨架网络连接起来的桥梁，对于维持红细胞的结构、生理功能及机械稳定性具有重要作用。前期研究发现蛋白4.1R表达缺失降低细胞对PDT的敏感性，但其作用机制还不清楚。本项目利用PDT处理MEF-4.1R-/-细胞、B16-4.1R-/-肿瘤细胞及4.1R-/-荷瘤小鼠模型，分析4.1R对PDT抗肿瘤疗效的影响，比较4.1R基因敲除对PDT后肿瘤微环境中关键细胞因子分泌的影响，研究结果表明：4.1R基因敲除导致MEF、B16细胞经PDT处理后胞内PpIX的积累量、ROS含量分别低于野生型MEF、B16细胞，存活率分别高于野生型细胞，表明蛋白4.1R的缺失导致细胞对5-ALA-PDT的敏感性降低。进一步研究发现蛋白4.1R的缺失引起转运蛋白GAT1与GAT2蛋白表达量的降低，蛋白4.1R与GAT1、GAT2之间存在的相互作用，影响了5-ALA的跨膜转运过程，进而影响了5-ALA-PDT的效果。同时研究发现4.1R缺失导致细胞PDT抗肿瘤免疫功能降低，体内对PDT杀伤不敏感，细胞经PDT处理后肿瘤微环境分泌的IFN-γ和IL-12等细胞因子表达水平没有太大的变化，而野生型B16细胞体内经PDT处理后免疫因子IFN-γ和IL-12的表达量显著升高。综上研究表明，蛋白4.1R缺失导致细胞对PDT的敏感性降低，进而影响细胞PDT抗肿瘤免疫应答。同时课题组还发现：与4.1R+/+ DC相比，PDT诱导成熟的4.1R-/- DC表达CD80、CD86等共刺激分子的能力及分泌IL-12、IFN-γ等免疫因子的能力下降，这说明蛋白4.1R的缺失严重下调PDT对DC成熟的诱导，进而下调DC介导的CD8+T细胞的活化和增殖，蛋白4.1R缺失下调PDT诱导成熟的DC介导的抗黑色素瘤效果。本课题的完成为揭示蛋白4.1R的新功能提供了更多的依据，也为临床PDT个体化治疗提供科学的依据。