在機體正常細胞發(fā)展為癌細胞的過程中積累許多變化，導(dǎo)致癌細胞通常具有比較強的免疫原性。人體的各種先天性與獲得性免疫機制可以識別這些非正常的細胞，從而在癌發(fā)展的早期將其清除，避免癌癥的發(fā)生。只有通過一定的機制逃避了這些抗癌的免疫反應(yīng)，癌才得以形成。這一過程被稱為腫瘤的免疫逃逸。近十年來，癌細胞的免疫逃逸機制，以及針對這些機制的免疫再激活策略成為癌癥新療法的研究重點。例如最近非常熱的免疫檢驗點療法，就是基于癌細胞利用PD-L1/PD-1相互作用，抑制CD8+ T細胞的殺傷作用，實現(xiàn)了免疫逃逸。而阻斷這一作用的免疫檢驗點抑制劑，如PD-L1和PD-1抗體，可以重新活化免疫細胞，在黑色素瘤等實體癌中，取得了良好的臨床治療效果。然而有部分癌癥患者對于這些免疫治療沒有理想療效，如何提高對這些患者療效的研究迫在眉睫。

表觀遺傳決定基因的表達水平，在個體的發(fā)育分化、細胞的命運決定和對環(huán)境的應(yīng)激反應(yīng)等過程中起到?jīng)Q定性作用。研究發(fā)現(xiàn)，癌細胞常劫持各種已有的表觀遺傳機制，讓細胞產(chǎn)生更有利于癌變的各種表觀遺傳變化，從而促進癌癥的發(fā)生、進展、腫瘤轉(zhuǎn)移與抗藥性的產(chǎn)生。最近的一系列報道表明，表觀遺傳在腫瘤的免疫逃逸也發(fā)揮了重要作用。約翰霍普金斯大學(xué)醫(yī)學(xué)院Stephen Baylin教授課題組和哈佛大學(xué)施揚教授課題組發(fā)現(xiàn)抑制DNA甲基化酶或組蛋白去甲基化酶LSD1可以通過增強內(nèi)源逆轉(zhuǎn)錄病毒元件（endogenous retroviral elements , ERVs）的表達，導(dǎo)致雙鏈RNA（dsRNA）的過表達而激活干擾素（IFN），進而抑制腫瘤的免疫逃逸和增強腫瘤免疫治療效果【1-3】（施揚組報道抗腫瘤免疫與治療新靶點——曹雪濤院士點評）。

近日，耶魯大學(xué)醫(yī)學(xué)院嚴欽實驗組（第一作者為吳麗貞博士和曹劍博士）在Plos Biology雜志發(fā)表了題為KDM5 histone demethylases repress immune response via suppression of STING的研究論文。這篇文章闡述了一個全新的調(diào)控腫瘤免疫逃逸的表觀遺傳學(xué)機制，是這個腫瘤免疫與表觀遺傳調(diào)控領(lǐng)域的又一項重要成果。

研究人員發(fā)現(xiàn)，除了LSD1之外，抑制另一個組蛋白去甲基化酶家族KDM5可以通過一個感應(yīng)雙鏈DNA（dsDNA）的cGAS-STING通路來激活干擾素，從而達到抑制腫瘤的抗免疫反應(yīng)。在這項研究中，研究人員首先使用KDM5的多個不同的小分子抑制劑處理乳腺癌MCF7細胞并進行RNA測序。通過分析發(fā)現(xiàn)，干擾素信號通路的基因的表達水平顯著上調(diào)，其中某些干擾素刺激應(yīng)答基因（interfron stimulated gene, ISG）的表達增加數(shù)百倍至上千倍。此外，利用CRISPR/Cas9介導(dǎo)的KDM5基因敲除或siRNA介導(dǎo)的KDM5基因沉默，同樣導(dǎo)致干擾素信號通路的廣泛激活。KDM5抑制劑對干擾素信號通路的激活作用，可以顯著提高細胞對病毒感染的抵抗力。

隨后，研究人員用CRISPR/Cas9技術(shù)，逐個敲除涉及干擾素信號通路激活的基因，并檢測其對KDM5抑制劑作用的影響。研究人員發(fā)現(xiàn)，只有敲除感應(yīng)雙鏈DNA（ds DNA）的cGAS-STING通路的基因，才能夠拮抗KDM5抑制劑誘導(dǎo)的擾素信號通路激活。因此，KDM5對擾素信號通路的調(diào)控作用是通過cGAS-STING通路實現(xiàn)的。研究人員通過染色質(zhì)免疫沉淀技術(shù)發(fā)現(xiàn)，KDM5B與KDM5C直接結(jié)合于STING基因的啟動子區(qū)域，移除組蛋白H3在4位賴氨酸上的三甲基化（H3K4me3），從而抑制STING基因的轉(zhuǎn)錄。而抑制KDM5活性或敲除KDM5B和KDM5C可以顯著的上調(diào)H3K4me3及STING的表達。若使用H3K4甲基化酶復(fù)合物的抑制劑，則可以拮抗KDM5抑制劑的作用。另一方面，過表達同樣水平的STING可以誘導(dǎo)產(chǎn)生類似的擾素信號通路激活的效果。研究人員進一步發(fā)現(xiàn)，MCF7細胞之中具有較高水平的DNA，足以激活cGAS-STING通路。STING的表達量成為干擾素信號通路激活的一個限速步驟。因此，癌細胞需要通過上調(diào)KDM5抑制STING的表達，關(guān)閉細胞質(zhì)DNA誘導(dǎo)的干擾素信號通路，抑制先天性免疫反應(yīng)。

研究人員進一步使用TCGA數(shù)據(jù)對KDM5的這一新的免疫調(diào)節(jié)作用進行驗證。分析發(fā)現(xiàn)，KDM5B的表達在多種癌癥中與STING的表達負相關(guān)，并具有顯著性。而且，KDM5B高表達腫瘤中，多種免疫細胞的浸潤水平顯著低于KDM5B低表達腫瘤。

這些研究證明KDM5是一個新的激活抗腫瘤免疫反應(yīng)的藥物靶點。特別需要指出的是，現(xiàn)有的免疫檢驗點抑制劑的抗腫瘤效果通常依賴于免疫細胞對腫瘤的充分浸潤。而如何提高免疫細胞對腫瘤的浸潤是臨床上尚未解決的問題。此一發(fā)現(xiàn)為通過表觀遺傳學(xué)方法招募腫瘤浸潤免疫細胞提供了新思路。

KDM5作用模式圖

嚴欽教授是2007年最早發(fā)現(xiàn)ＫＤＭ５組蛋白去甲基化酶的主要研究人員之一【4】，也是ＫＤＭ５抑制劑開發(fā)的領(lǐng)軍人物，實驗組主攻癌癥表觀遺傳和腫瘤轉(zhuǎn)移，免疫逃逸，及抗藥性的研究。

論文第一作者吳麗貞博士（左）和曹劍博士（中）以及通訊作者嚴欽博士（右）

該篇論文的共同第一作者為畢業(yè)于清華大學(xué)李蓬院士課題組的吳麗貞博士和上海生化細胞所宋保亮（現(xiàn)武漢大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院院長）課題組的曹劍博士。