近日，由約翰霍普金斯大學醫學院Gregg L. Semenza教授帶領的科學家團隊在Cell Reports發表的一項最新成果揭示，負責關閉細胞天然自殺信號的基因BIRC2也可能是導致乳腺癌和黑色素瘤細胞對免疫檢查點阻斷療法（ICB）耐藥的罪魁禍首。

去年，Semenza教授與WilliamG. Kaelin Jr和Sir Peter J. Ratcliffe三位科學家因發現細胞如何適應和感知氧氣變化分享了諾貝爾生理學或醫學獎。Semenza教授做出的重要貢獻是發現了指導細胞適應低氧水平的基因HIF-1 (hypoxia-inducible factor 1)。

而調查HIF-1在癌癥中的作用也是Semenza教授的研究方向之一。2018年，他帶領團隊發現，缺氧會促進癌細胞啟動3個幫助它們逃避免疫系統攻擊的基因。其中，CD47的表達會釋放“別吃我”信號，阻斷巨噬細胞對癌細胞的殺傷；PD-L1和CD73的表達則會阻斷T淋巴細胞對癌細胞的殺傷。

在這項新研究中，Semenza教授和他的團隊對由Dana Farber癌癥研究所的研究者們鑒定出的325個人類基因進行了篩選。這些基因對應的蛋白在黑色素瘤細胞中過表達，且與幫助癌細胞逃避免疫系統的機制有關。

HIFs調節低氧誘導的BIRC2的表達（來源：Cell Reports）

分析顯示，325個基因中，有38個受到HIF-1的影響。BIRC2（baculoviral IAP repeat-containing 2），也被稱為cIAP1（cellular inhibitor of apoptosis protein 1）是這38個基因中的一個。BIRC2已知可阻止細胞“自殺”、凋亡，其過表達發生在約40%的乳腺癌。盡管有研究證實，BIRC2缺失會使癌細胞在體外對T細胞殺傷敏感，但該蛋白促進癌細胞免疫逃逸的具體分子機制尚未闡明。

在這項新研究中，首先，通過研究人類乳腺癌細胞中的BIRC2，Semenza教授團隊發現缺氧蛋白HIF1和HIF2在低氧條件下會直接結合到BIRC2基因的一部分，這一發現鑒定出了促進BIRC2蛋白產生的一個直接機制。

接著，研究小組給小鼠注射了被基因改造后僅可表達少量BIRC2或直接不表達BIRC2的人類乳腺癌或黑素瘤細胞，并觀察腫瘤的發展。結果顯示，在注射了缺乏BIRC2表達的癌細胞的小鼠中，腫瘤的形成需要更長的時間，大約三到四周（對照組是2周）。

敲除黑色素瘤細胞中的BIRC2可通過非經典NF-κB通路上調CXCL9（來源：Cell Reports）

由不含BIRC2的癌細胞形成的腫瘤CXCL9蛋白的水平也顯著提升（是對照組的5倍），該蛋白是一種趨化因子，可引導T細胞和自然殺傷（NK）細胞到腫瘤部位。腫瘤形成所用的時間越長，在瘤內發現的T細胞和NK細胞就越多。

敲除黑色素瘤細胞中的BIRC2可降低腫瘤生長，改變炎性細胞向腫瘤微環境的招募（來源：Cell Reports）

Semenza教授認為，在腫瘤中發現大量的免疫細胞是免疫治療成功的關鍵指標。

接著，為了確定免疫系統對他們觀察到的腫瘤生長放緩是否至關重要，Semenza教授團隊將不含BIRC2的黑色素瘤和乳腺癌細胞注射到免疫系統失去功能的小鼠體內。結果顯示，腫瘤在約兩周內形成，與正常情況相同。這表明，與BIRC2缺失相關的腫瘤生長速度下降依賴于招募T細胞和NK細胞到腫瘤處。

BIRC2敲除可增加免疫檢查點阻斷療法的療效（來源：Cell Reports）

最后，研究者們分析了移植了人類乳腺癌或黑色素瘤的小鼠，這些腫瘤要么可產生BIRC2，要么被工程改造缺乏BIRC2。他們給移植了黑色素瘤腫瘤的小鼠使用了兩種被FDA批準的免疫療法（PD1抗體+CTLA-4抗體），給移植了乳腺腫瘤的小鼠使用了其中一種免疫治療藥物（PD-1抗體）。結果顯示，在兩種腫瘤類型中，免疫治療藥物僅對缺乏BIRC2的腫瘤有效。在黑色素瘤中，與單獨使用ICB相比，ICB聯合BIRC2敲除顯著增加了適應性和先天抗腫瘤免疫力。在乳腺癌模型中，BIRC2敲除顯著增強了PD-1抗體的療效。

總結來說，該研究發現，低氧可誘導乳腺癌和黑色素瘤細胞中BIRC2表達增加。敲除BIRC2可增加CXCL9的表達，進而增加腫瘤中CD8+T細胞和NK細胞的招募。此外，抑制BIRC2表達也可通過使腫瘤更具免疫原性從而影響腫瘤生長。更重要的是，BIRC2缺乏顯著增加了小鼠黑色素瘤和乳腺腫瘤對抗CTLA-4和/或抗PD-1免疫檢查點阻斷療法的敏感性。

研究人員表示，如果進一步的研究能夠證實這些發現，表明BIRC2過表達可能是免疫治療耐藥性的一個關鍵標志物。未來，臨床醫生有望通過將阻斷BIRC2活性的藥物與免疫檢查點抑制劑進行聯合，形成一種強效抗癌雞尾酒療法。

目前，可使BIRC2和其它抗細胞自殺蛋白失活、被稱為“SMAC模擬物”的實驗性藥物正在開展臨床研究，以調查治療某些類型癌癥的潛力（SMAC可通過與IAP結合促進細胞凋亡）。Semenza教授表示，盡管這些藥物單藥治療效果不是很好，但它們可能對改善腫瘤含高水平BIRC2的患者對免疫治療藥物的響應非常有用。

“癌細胞可利用許多途徑來逃避免疫系統，我們的目標是找到額外的藥物來補充現有的免疫治療策略。”Semenza教授總結道。

參考資料：

1# Effective cancer immunotherapy further linked to regulating a cell 'suicide' gene（來源：Johns Hopkins University School of Medicine）

2# Debangshu Samanta et al. BIRC2 expression Impairs Anti-Cancer Immunity and Immunotherapy Efficacy. Cell Reports（2020）.