王嘉東、王巍、申占龍合作揭示PD-1蛋白水平穩態調控機製

2020年10月27日,北京大學基礎醫學院王嘉東與基礎醫學院王巍、北京大學人民醫院申占龍合作在學術期刊PNAS發表論文“KLHL22 maintains PD-1 homeostasis and prevents excessive T cell suppression”,報道了蛋白KLHL22維持PD-1蛋白水平穩態的機製以及5-FU對PD-1蛋白水平穩態的影響。該研究加深了目前對於PD-1蛋白相關調控的認識,也部分解釋了5-FU與PD-1單抗聯用效果更好的機製,為臨床療法的改進提供了參考。

近年來,PD-1相關免疫檢查點抑製療法在臨床上取得了令人矚目的成就,但是目前仍存在低響應率和耐藥性等問題,限製了該療法的進一步應用。這就要求我們對相關分子機製進行進一步的研究。與之相關的,PD-1相關治療與放療/化療/靶向治療聯合使用為何會有更好療效的機製仍不完全清楚,因此不利於現有治療方案的改進與更多聯用療法的開發。目前人們已經知道PD-1的表達在細胞中受到多重調控。細胞膜表麵的PD-1可以抑製效應T細胞的活性,PD-1的過量表達在腫瘤免疫逃逸中起關鍵作用;不過同時PD-1如果不能正常表達也可能會影響急性炎症的消退以及胸腺和外周的免疫耐受。因此,維持適當水平的PD-1表達具有重要意義。但細胞是如何在複雜的生理情況下維持細胞膜表麵PD-1蛋白水平穩態,尤其是放化療以及病理狀態是否會破壞PD-1蛋白穩態維持,仍有待進一步研究。

本研究報道了KLHL22可以降解未完全糖基化的PD-1,使其無法在細胞表麵過度積聚,從而維持PD-1蛋白水平穩態,防止T細胞活性過度抑製。而在腫瘤微環境或5-FU治療的情況下,KLHL22維持PD-1表達穩態機製的失效可能導致PD-1的過度積聚以及T細胞活性的降低。

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在這項研究中,研究者首先進行了多次親和純化偶聯質譜分析,通過比對實驗結果找到並驗證了KLHL22是與PD-1有著高親和力的相互作用蛋白。並且進一步在細胞和小鼠模型中證明了KLHL22可以識別未完全糖基化的PD-1,並在PD-1轉運到細胞表麵之前介導其通過泛素蛋白酶體途徑降解。由於KLHL22調控PD-1表達機製的特殊性,研究者推測其可以發揮維持PD-1蛋白水平穩態的作用,並進一步證明了在T細胞活化後,KLHL22被上調,從而控製細胞表麵PD-1的表達量並將其蛋白水平保持在適當的範圍內,維持PD-1蛋白水平的穩態,並防止T細胞的過度抑製。而在腫瘤微環境以及傳統化療藥物5-FU的處理下,由於KLHL22介導的穩態維持機製的的缺失過量的PD-1積累在細胞膜上,從而導致了T細胞活性的抑製。對來自臨床病人的腫瘤浸潤T細胞進行分析也與該機製相一致,因此提示5-FU與PD-1單抗聯合治療可能會取得協同效果,為進一步的臨床試驗提供了理論基礎。

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本文由王嘉東團隊與王巍團隊、申占龍團隊合作完成,王嘉東團隊2012級基礎醫學八年製學生周筱,2014級基礎醫學八年製學生周嘉棟以及申占龍團隊2018級碩士研究生趙龍為共同第一作者。該工作得到了北京大學臨床+X項目(PKU2018LCXQ01)、北京大學基礎研究專項(BMU2019JC006)以及國家重點研發計劃、國家自然科學基金、北京市自然科學基金的支持。


原文鏈接:https://doi.org/10.1073/pnas.2004570117