《自然》子问题:癌细胞“刚柔并济” 物理免疫关卡“出世”！

来源：奇点蛋糕2021-12-31 08:29

免疫疗法发展迅速，大量研究层出不穷。在与恶性肿瘤的斗争过程中，研究者逐渐发现一些恶性肿瘤可以通过多种途径抵抗免疫治疗药物的作用，从而影响细胞采用治疗的效果。由于细胞外基质蛋白的异常产生和交联，肿瘤组织通常比正常组织硬，但单个肿瘤细胞通常比非恶性肿瘤细胞软。细胞柔软度是一种生物力学特性。目前研究证明，肿瘤细胞的硬度低于癌细胞。

免疫疗法发展迅速，大量研究层出不穷。在与恶性肿瘤的斗争过程中，研究人员逐渐发现，一些恶性肿瘤可以通过各种途径抵抗免疫治疗药物的作用，影响细胞采用治疗的效果。

由于细胞外基质蛋白的异常产生和交联，肿瘤组织通常比正常组织硬，但单个肿瘤细胞通常比非恶性肿瘤细胞软。细胞柔软度是一种生物力学特性。目前研究证明，细胞硬度的降低与癌细胞的转化、恶性和转移有关。

近日，由瑞士洛桑的唐力教授和马赫穆特塞尔曼萨卡尔教授领导的研究团队在《自然生物医学工程》上发表了重要研究成果。他们发现肿瘤细胞膜富含胆固醇，硬度降低，对T细胞介导的细胞毒性有抵抗力。胆固醇耗竭可增加肿瘤细胞的硬度，进而增强T细胞介导的细胞杀伤效应[4]。

本研究首次提出了物理免疫检查点的概念，拓展了免疫检查点的范围。这一新发现可用于开发新一代靶向治疗，提高免疫治疗的有效性。

目前，研究人员寻找新的免疫检查点的努力主要集中在生化信号上，而与生物力学信号相关的潜在抑制途径，如靶细胞硬度的研究很少。研究证明，肿瘤细胞硬度的降低是由于细胞骨架网络和质膜的软化[5]。靶细胞表面的物理特性可能会影响细胞和T细胞之间的相互作用[6]。然而，癌细胞硬度在逃避免疫监测中的作用仍不清楚。

t细胞可以对免疫突触施加作用力，增强靶细胞的细胞毒性[7]。当T细胞接触基底表面或表面硬度较低的靶细胞时，细胞骨架力和效应细胞因子的产生大大降低[8，9]。受这些研究结果的启发，研究人员假设细胞利用细胞硬度降低作为物理免疫检查点，通过削弱T细胞的机械力来抵抗T细胞介导的细胞毒性。

首先，通过Filipin III染色和胆固醇含量检测，研究人员证明小鼠和人类肿瘤组织、从这些组织分离的细胞和小鼠T淋巴瘤细胞系的胆固醇水平显著升高。

甲基化--环糊精(MeCD)是一种临床上广泛使用的药物增溶剂，据报道，它可以清除胆固醇。体外实验表明，MeCD可降低质膜胆固醇浓度，但对癌细胞的生存能力和凋亡无直接影响。

为了检验膜胆固醇水平是否影响肿瘤细胞的力学性能，研究人员通过多种方法测量细胞硬度，发现与未处理的细胞相比，含胆固醇的细胞表面硬度显著降低，变形能力显著提高，而胆固醇耗竭可显著增加细胞表面硬度。这些结果表明，增加质膜上的胆固醇有助于软化肿瘤细胞，并且可以通过-环糊精对胆固醇耗竭的干预来增加细胞的硬度。

接下来，研究小组探索了细胞硬度是否会降低，以抵抗T细胞介导的细胞毒性。他们将B16F10癌细胞接种在不同硬度的水凝胶上，并与活化的Pmel CD8 T细胞(能特异性识别B16F10细胞的gp100抗原)共培养。

体外实验表明，加入外源性胆固醇后，B16F10细胞的存活率更高，这表明肿瘤细胞硬度的降低可以作为一种物理抑制方式，影响T细胞介导的杀伤效果。体内实验验证了这一结果。值得注意的是，仅胆固醇对治疗小鼠的生长或存活率没有影响。

为了研究是否可以通过增强肿瘤细胞的硬度来抑制这种物理免疫检查点。研究人员制备了ACAT1过表达的B16F10癌细胞(ACAT1 OE B16F10)，其膜胆固醇水平比天然B16F10细胞低70%。这种细胞具有更高的硬度和对T细胞介导的细胞毒性更高的敏感性。体内实验表明，Pmel CD8 T细胞更好地控制了ACAT1 OE B16F10肿瘤细胞的生长。携带ACAT1 OE B16F10的小鼠也显示出延长的存活时间。

基于这些发现，研究人员试图开发一种可以增加肿瘤细胞硬度的干预方法，从而增强癌症免疫治疗的效果。经MeCD处理的B16F10细胞在治疗后5小时内可维持较低的膜胆固醇水平，经MeCD预处理和硬化的肿瘤细胞对T细胞介导杀伤的敏感性显著增加。在动物实验中，发现单独使用Pmel CD8 T细胞过继疗法或联合使用IL-15超级激动剂(IL-15SA)的治疗效果在MeCD干预后得到增强。

值得注意的是，MeCD干预没有引起体重减轻、脾肿大、脾内CD8 T细胞浸润和活化等副作用。单独使用MeCD作为治疗方法没有治疗效果，说明抗原特异性细胞毒性T细胞的存在是杀死硬度增加的靶细胞的必要条件。

此外，细胞介导的细胞毒性的生化途径，如Fas蛋白与Fas配体的相互作用，IFN-、TNF-等有效细胞因子的分泌，细胞溶解蛋白(如穿孔素、颗粒酶)的颗粒胞吐等，不受细胞硬化的影响。

据报道，富含脯氨酸的酪氨酸激酶2(Pyk2)的磷酸化与原代T细胞施加的细胞力呈正相关。研究人员对不同硬度的水凝胶进行了实验，证明Pmel CD8 T细胞在硬表面产生较高的机械应力。当与细胞硬度增强的肿瘤细胞共培养时，Pmel CD8 T细胞可诱导更高水平的pPyk2。这些结果表明，T细胞对硬化的细胞施加更强的细胞力。