《自然》：避免沉睡癌细胞苏醒，科学家发现STING通路是关键！

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正当原发肿瘤这个大本营被免疫系统攻击时，早已有部分肿瘤细胞悄悄脱落，进入休眠状态并开启它们的流浪之旅。

这些休眠肿瘤细胞散落在体内不再增殖，并且可以逃避自然杀伤（NK）细胞和T细胞的识别，有助于其在转移部位的散播以及定植。而一旦肿瘤细胞从沉睡中被唤醒，便会重新开始失控增殖，导致肿瘤复发和转移[1]。

 

扩散到远处的复发性癌症，是癌症患者中疾病相关死亡的主要原因。根据肿瘤类型的不同，转移经常在肿瘤细胞休眠数月至数十年后发生[2]。例如，被诊断为早期肺腺癌（I或II期）的患者，其中近一半人在原发肿瘤治疗后数月至数年时发生转移[3]。因此，深入了解这些隐蔽的休眠肿瘤细胞，成为科学家们解开肿瘤复发或转移难题的突破口。

 

美国纪念斯隆-凯特琳癌症中心的Joan Massagué及其同事们发现，干扰素基因刺激因子（STING）是休眠肺腺癌肿瘤细胞转移过程中的重要检查点。在休眠、觉醒、转移阶段，肿瘤细胞中的STING基因表达水平发生着转变，为低→高→低。依赖于NK细胞和T细胞的存在，使用STING激活剂治疗可以消除患癌小鼠体内散播的肿瘤细胞，预防肿瘤复发或转移[4]。

 

文章于近日发表在Nature期刊上。

 

论文首页截图

 

Joan Massagué等人首先分别基于人肺腺癌细胞和小鼠肺腺癌细胞，构建了早期肺腺癌转移小鼠模型H2087-LCC、KPad1。在这两种小鼠模型中，肺腺癌细胞被接种至小鼠的肺部、肝脏、骨髓和肾上腺等多处不同器官。

 

可以观察到，肺腺癌细胞在这些部位处于休眠状态，均以增殖静止的单细胞或小细胞簇（<20个细胞）存在，很少形成较大的细胞簇，并仅有少部分小鼠发生肿瘤转移的现象。然而，使用抗体将小鼠体内NK细胞、T细胞消耗殆尽后，则快速进展为多器官转移。

 

这说明，免疫细胞限制着早期肺腺癌转移小鼠模型体内休眠肿瘤细胞转移的进展。

 

随后，研究者们收集早期肺腺癌小鼠的肿瘤细胞，对一些与免疫调节相关的基因进行筛选，以找到休眠肿瘤细胞“苏醒”前后时，表达活性差异较大的基因或相关通路。分析结果显示，STING信号通路在休眠肿瘤细胞重新觉醒的过程中扮演了重要角色，STING通路中的多个基因（STING、IFNB1、CCL5）在觉醒的肿瘤细胞中富集。

 

STING信号通路中的基因，

 

这让研究者们眼前一亮。STING通路算是老相识了，在细胞内主要参与抗病毒和抗肿瘤免疫应答。当病毒感染或DNA损伤时，细胞内的STING蛋白就会被cGAMP分子激活，进而促进NK细胞、CD8 T细胞和巨噬细胞等天然免疫细胞的活化，增强免疫反应[5,6]。目前已有STING激动剂开展与免疫治疗相关的临床试验。

 

进一步研究结果揭示，在不同转移阶段时，休眠肿瘤细胞中STING基因表达水平发生着转变。

 

基于早期肺腺癌转移小鼠模型，以及II期或III期肺腺癌患者的淋巴结样本，研究者们发现，在休眠时期，肿瘤细胞内STING表达水平较低。从休眠中刚被唤醒重新进入增殖状态时，肿瘤细胞中的STING表达水平增加，此时肿瘤细胞短暂暴露于免疫系统的视野之中，更容易被监测到。而当这些肿瘤细胞虎口逃生、成功形成更大的细胞簇时，其STING表达水平再度下调，且低于原发肿瘤，并在新转移阵地中躲避免疫系统的追击。

 

在休眠、觉醒、转移完成阶段，肿瘤细胞内STING表达水平变化为低→高→低

 

为了更深入挖掘STING在肿瘤转移中的作用，研究者们利用肺腺癌小鼠进行一系列验证。

 

结果发现，敲除STING基因可提高肺腺癌细胞的转移活性。而STING过表达则可以帮助肿瘤细胞吸引更多来自免疫细胞的仇恨值，招募并激活NK细胞、CD4 T细胞、CD8 T细胞、树突状细胞，从而抑制肿瘤细胞转移活性。

 

但是，对于NK细胞、T细胞被耗竭的小鼠来说，相当于被缴了械，即使激活了STING，也无法阻挡肿瘤细胞的转移。也就是说，STING能够号召NK细胞、T细胞来抓捕休眠肿瘤细胞，要想通过对STING做手脚来抑制肿瘤转移，必须得有这些免疫细胞的帮衬。

 

STING过表达促进NK细胞、T细胞浸润增加

 

另外还发现，在不同转移阶段，肿瘤细胞中的STING表达水平受TGFβ因子调控。具体来看，肿瘤细胞处于休眠阶段时，TGFβ因子通过抑制增强子下调STING表达；肿瘤细胞安顿下来后，TGFβ因子则通过启动子和增强子区域的DNA甲基化修饰来将STING表达水平再度回调。

 

不同转移阶段，TGFβ因子对肿瘤细胞中STING基因表达的调控

 

更重要的是，以上结果提示，刚结束休眠期的肿瘤细胞内STING表达水平提升，此时会暴露于免疫监视之下。那么我们可以抓住这个空档，趁休眠肿瘤细胞刚苏醒时，借助STING激动剂将这些散落的肿瘤细胞消灭。

 

研究者们使用STING激动剂（MSA-2）后发现，与对照组相比，接受STING激动剂治疗的早期肺腺癌转移小鼠模型体内，以单细胞或小细胞簇形式存在的肿瘤细胞减少，其无远处转移生存率和总生存率提高。同时也证明，STING激动剂的抑制转移效果，依赖于肿瘤细胞中的STING表达活性，以及NK细胞、CD4 T细胞和CD8 T细胞的存在。

MSA-2治疗可以防止肺腺癌小鼠肿瘤转移，敲除STING这种效果就没了

 

总体来说，Joan Massagué等人揭示，STING信号通路在防止休眠肿瘤细胞转变为侵袭性肿瘤细胞的过程中起到关键作用，使用STING激活剂治疗可以减少肺腺癌小鼠体内具有转移活性的肿瘤细胞。

 

这项研究结果提示，可以通过激活STING，来防止在成功治疗原发性肿瘤后的癌症复发或转移。研究者们强调，在转移的早期阶段使用STING激动剂可能会有更好的效果，因为此时肿瘤还没有为自身搭建完成免疫逃避微环境，而且肿瘤细胞内的STING信号会更高[7]。

 

参考文献：

[1]Park, SY., Nam, JS. The force awakens: metastatic dormant cancer cells. Exp Mol Med 52, 569–581 (2020). https://doi.org/10.1038/s12276-020-0423-z

[2]Massagué, J. & Ganesh, K. Metastasis-initiating cells and ecosystems. Cancer Discov. 11, 971–994 (2021).

[3]Consonni, D. et al. Lung cancer prognosis before and after recurrence in a population-based setting. JNCI 107, djv059 (2015).

[4]https://www.nature.com/articles/s41586-023-05880-5#citeas

[5]Barber, G. N. STING: infection, inflammation and cancer. Nat. Rev. Immunol. 15, 760–770 (2015).

[6]Ablasser, A. & Chen, Z. J. cGAS in action: expanding roles in immunity and inflammation.

Science 363, eaat8657 (2019).

[7]https://www.mskcc.org/news/msk-scientists-identify-potential-new-strategy-against-metastasis

本文作者丨张艾迪