COX-2/PGE2促进骨肉瘤干细胞干性及免疫逃逸的机制研究

Osteosarcoma (OS) is the most common primary bone tumor in children and young adults, cancer stem cells (CSCs) play a major role in drug resistance and treatment failure. Osteosarcomas express COX-2 constitutively, and COX-2 expresses 141-fold more in CSC spheres. COX-2/PGE2 induces CSCs and immune evasion. Our group previous study showed COX-2/PGE2 inhibited T-cell activation and biological.responses, induced immune evasion. Meanwhile, COX-2 inhibitors could down-regulate activation of PI3K/Akt and β-catenin. β-catenin in dendritic cells plays a critical role in balancing immunity and tolerance. We hypothesize that in the tumor microenvironment (TME), COX-2/PGE2 actives β-catenin in dendritic cells,produces RA and induces immune evasion. This project aims to study COX-2/PGE2 of osteosarcoma stem cells induces immune evasion through β-catenin/RA signaling in dendritic cells, COX-2/PGE2 plays “Cancer mmunoediting”, causes immune cell polarization, inhibits cytotoxic T lymphocyte (CTL) infiltration, to clarify the mechanism of osteosarcoma stem cells in the immune evasion, which may provide new strategy in clinical immunotherapy of cancer.

骨肉瘤呈COX-2高表达，尤其是骨肉瘤干细胞COX-2表达增高141倍，并维持骨肉瘤干细胞干性。前期研究发现，COX-2/PGE2能够抑制T细胞活性，减弱免疫系统对骨肉瘤干细胞的正常应答，导致肿瘤的免疫逃逸，但其作用机制不详。进一步研究发现COX-2抑制剂能够下调PI3K/Akt，β-catenin等表达，而β-catenin是树突状细胞（DC）中介导免疫逃逸的关键因子。我们推测，骨肉瘤干细胞中COX-2催化生成PGE2并分泌至肿瘤微环境，维持骨肉瘤干细胞干性，并与DC表达的PGE2受体（EPs）结合，通过调控β-catenin启动维甲酸（RA）信号通路，介导免疫逃逸。本项目拟研究COX-2/PGE2调控树突状细胞β-catenin/RA信号通路，发挥“免疫编辑”作用，致使免疫细胞极化偏移，抑制细胞毒性T淋巴细胞浸润，从而阐明COX-2/PGE2介导骨肉瘤干细胞干性及免疫逃逸的机制。

骨肉瘤是最常见的原发恶性骨肿瘤，对于复发性或转移性骨肉瘤的治疗，目前匮乏有效手段，预后极差，而骨肉瘤干细胞具有很强的增殖、迁移和侵袭能力，是治疗失败的根源。研究证实，在具有免疫活性的小鼠体内，COX-2/PGE2通路能够减弱免疫系统对肿瘤细胞的正常应答，抑制CTL的浸润，帮助肿瘤进行隐藏，介导肿瘤的免疫逃逸，这一过程使得肿瘤能够快速生长，导致一些免疫疗法不能达到预期效果。本课题组研究证实，COX-2 敲降后骨肉瘤细胞的成球能力明显下降，并且能够显著抑制骨肉瘤干细胞的多种干细胞标志物Oct 3/4、SOX2、Nanog表达，表明COX-2/ PGE2在骨肉瘤干细胞干性维持中发挥重要作用；利用CRISPR/Cas9 靶向基因编辑技术构建 COX-2 Knock Out骨肉瘤细胞，通过测序分析差异基因，我们还发现COX-2表达对干细胞的代谢及功能有调控作用。高表达COX-2/PGE2骨肉瘤细胞可通过抑制T细胞活性介导骨肉瘤免疫逃逸；通过流式分析发现， M1/M2（CD86＋/CD206＋）、DC/ reg DC（CD103+/CD1c+）在COX-2 敲降组中比例显著升高，可导致免疫细胞的极化偏移；骨肉瘤干细胞COX-2的阻断促进肿瘤微环境中DC细胞浸润，并促进共刺激分析CD86的表达；抑制骨肉瘤干细胞COX-2表达能显著抑制β-catenin表达。COX-2高表达显著促进肿瘤细胞PD-L1免疫抑制信号的表达，并与肿瘤微环境的免疫抑制程度相关。深入研究发现，COX-2通过促进PGE2和TXB2产生，通过旁分泌或自分泌促进基因SOCS3表达并抑制STAT6磷酸化，进而促进肿瘤细胞PD-L1表达，最终抑制骨肉瘤的免疫微环境，促进免疫逃逸，从而为COX-2抑制剂在骨肉瘤的免疫治疗提供科学依据。