腫瘤免疫中的表觀遺傳調控
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前言
遺傳和表觀遺傳變化都是癌癥發(fā)生、腫瘤進展和轉移的重要因素。從廣義上講，癌癥的發(fā)病率與生物／遺傳年齡直接相關。DNA甲基化是一種重要的表觀遺傳調控機制，在生命周期中不斷變化，是“表觀遺傳衰老”過程的重要組成部分。值得注意的是，最近的研究已經證實表觀遺傳衰老在腫瘤發(fā)生中起主要作用。
表觀遺傳學改變通過影響廣泛組織學中的多種致癌基因與抑癌基因途徑，以及通過影響免疫細胞（如T細胞和NK細胞）的激活、分化和功能從而促進癌癥的發(fā)生。事實上，最近的一項研究表明，正是組織環(huán)境誘導的表觀遺傳編程啟動了腫瘤發(fā)生，這些發(fā)現為表觀遺傳藥物的應用提供了強有力的理論基礎，不僅可以作為癌癥治療藥物，還可以用于預防癌癥，因為它們可以協(xié)同靶向“正常”細胞，包括免疫細胞和癌前細胞。
基于表觀遺傳學的治療旨在調節(jié)影響免疫細胞、其他正常細胞和／或癌細胞中各種信號通路的轉錄編程，從而影響這些細胞群體的命運。表觀遺傳藥物是作用于細胞表觀基因組以發(fā)揮其功能的化學物質，這些藥物包括DNA甲基轉移酶（DNMT）、DNA去甲基酶、組蛋白去乙�；福℉DAC）、組蛋白乙酰轉移酶（HATs）、組蛋白甲基轉移酶（HMT）、組蛋白去甲基酶（HDMs）和其他相關酶的抑制劑。此外，microRNA（miRNA）和長非編碼RNA（lncRNAs）也是多種關鍵生物過程的重要表觀遺傳介質，包括致癌和免疫反應，這是有效癌癥治療的兩個關鍵靶點。
表觀遺傳途徑
DNA甲基化
DNA甲基化作為一種主要的表觀遺傳學標記，可通過有絲分裂遺傳，并參與穩(wěn)定基因轉錄抑制，尤其是當其位于哺乳動物基因轉錄起始點附近時。研究的最深入的DNA共價修飾是5－甲基胞嘧啶（5mC），這是一種由DNMT催化的標記。
在哺乳動物基因組中，5mC主要存在于CpG二核苷酸中，人類基因組中2800萬CpG二核苷酸中70–80％的CpG被甲基化。在哺乳動物中，發(fā)現了三種活躍的DNMT，分別命名為DNMT1、DNMT3a和DNMT3b。
組蛋白乙�；�
組蛋白可以經歷多種形式的翻譯后修飾（PTMs），包括乙�；⒓谆�、磷酸化、泛素化以及ADP核糖基化、磺�；凸习彼峄�。這些組成所謂的“組蛋白密碼”，調節(jié)染色質結構、重塑酶的募集和基因活動的調節(jié)。
組蛋白賴氨酸殘基的乙�；绊懟蚪M的組織和功能。組蛋白H3和H4的乙酰化由兩組酶決定：HATs和組HDAC。這兩組酶決定組蛋白的乙酰化狀態(tài)，并以可逆方式工作。
在人類中，有18種HDAC酶分為四類：Rpd3樣蛋白的I類（HDAC1、HDAC2、HDAC3和HDAC8）；類Hda1蛋白的II類（HDAC4、HDAC5、HDAC6、HDAC7、HDAC9和HDAC10）；Sir2樣蛋白的III類（SIRT1、SIRT2、SIRT3、SIRT4、SIRT5、SIRT6和SIRT7）和第四類蛋白質（HDAC11）。這些酶及其在癌癥中的功能已被廣泛研究。
組蛋白甲基化
組蛋白甲基化是表觀遺傳修飾的第三種主要類型。為了完成這一可逆過程，涉及兩大類催化甲基加成的酶：蛋白質精氨酸甲基轉移酶（PRMT）和組蛋白賴氨酸甲基轉移酶（HKMT）。癌癥環(huán)境中的關鍵賴氨酸和精氨酸甲基轉移酶包括zeste同源物2（EZH2）、G9a、DOT1L以及PRMTs 1和5。另一組稱為組蛋白去甲基酶的酶逆轉這一過程。
組蛋白磷酸化
磷酸化是另一種高度動態(tài)的組蛋白PTM形式。它發(fā)生在絲氨酸、蘇氨酸和酪氨酸殘基上，主要發(fā)生在組蛋白N端尾部，受激酶和磷酸酶的競爭作用控制。作為“組蛋白代碼”的重要組成部分，PTM在DNA損傷修復、染色質致密化、轉錄調控以及包括腫瘤發(fā)生和癌癥進展在內的一系列生物學過程中起著關鍵作用。
腫瘤微環(huán)境的表觀遺傳調節(jié)
腫瘤微環(huán)境（TME）由多種細胞類型組成。除腫瘤細胞外，TME還包含多種非上皮細胞類型，包括構成血管系統(tǒng)的細胞（內皮細胞、周細胞和平滑肌細胞）、參與免疫監(jiān)測的細胞（淋巴細胞、巨噬細胞和肥大細胞）以及基質細胞（即成纖維細胞），這些細胞在細胞外基質（ECM）中，分泌一系列可擴散生長因子、細胞因子和趨化因子。人們早就認識到，癌癥發(fā)生促進以促血管生成生長因子表達、ECM表達改變、成纖維細胞增殖加速和炎性細胞浸潤增加為特征的基質變化。
TME的表觀遺傳改變控制著組織缺氧狀態(tài)，并在細胞對缺氧的反應和癌細胞代謝中起著關鍵作用。表觀遺傳調控因子可與缺氧誘導轉錄因子（HIF）家族基因協(xié)同工作，在HIF依賴性啟動后很長時間內維持缺氧適應的細胞表型。表觀遺傳變化穩(wěn)定HIF與其轉錄靶點的結合，從而影響直接HIF反式激活后的組蛋白去甲基化酶活性，并最終導致缺氧TME中組蛋白修飾和DNA甲基化的整體模式，JMJD1A表達的低氧上調作為信號放大器促進低氧基因表達，最終促進腫瘤生長。
巨噬細胞是TME中的關鍵固有免疫細胞，它們在TME中調節(jié)原發(fā)性腫瘤生長、血管生成、轉移擴散和腫瘤對介入治療的反應。在巨噬細胞中，缺氧減弱了Jumonji組蛋白去甲基化酶活性的表達，導致組蛋白H3K9甲基化增加和趨化因子表達降低，從而導致TME內免疫景觀的變化。
免疫細胞的表觀遺傳調節(jié)
表觀遺傳機制在免疫細胞分化和功能中發(fā)揮關鍵作用，確保在不同組織微環(huán)境條件下免疫細胞中恰當的基因表達模式。重要的是，表觀遺傳機制在TME內的免疫細胞和基質細胞類型中起著決定性作用。
固有免疫細胞（髓系細胞和NK細胞）
髓系細胞在適應性免疫系統(tǒng)識別癌細胞中發(fā)揮重要作用，并協(xié)調炎癥和保護性抗腫瘤免疫反應的啟動。這些細胞包括粒細胞、單核細胞、巨噬細胞、中性粒細胞、DC和MDSC。
DC細胞啟動并協(xié)調針對感染和疾病的適應性免疫反應，它們是免疫記憶和免疫耐受發(fā)展的核心。樹突狀細胞迅速整合來自其組織微環(huán)境的信號，并相應地對這些信號作出反應，這種動態(tài)變化依賴于DC細胞染色質結構的表觀遺傳變化。
在巨噬細胞中，其功能極化狀態(tài)需要對靶基因表達進行精確的時間和情境調節(jié)。在M1和M2極化期間，表觀遺傳變化在改變細胞信號和特征基因圖譜中發(fā)揮作用。
MDSCs在腫瘤形成過程中被誘導，它們介導有效的腫瘤促進活動。研究表明，在腫瘤相關培養(yǎng)基存在的情況下，MDSCs的基因組中存在廣泛的去甲基化和某些特殊位點的DNA甲基化，這些和免疫抑制特征的特異性基因增加有關。此外，許多研究表明，組蛋白修飾的表觀遺傳途徑調節(jié)MDSCs的各個方面。例如，HDAC11是一種新的表觀遺傳調節(jié)因子，在腫瘤相關的MDSC中調節(jié)細胞的擴增和功能。
NK細胞在免疫監(jiān)視和消除應激、感染或轉化細胞方面發(fā)揮著重要作用。對于NK細胞，H3K4me3去甲基化酶Kdm5a是細胞激活所必需的。此外，慢性刺激的NK細胞在被腫瘤靶點重新激發(fā)時表現出功能紊亂，這些無能的NK細胞表現出特定的表觀遺傳重編程模式，DNA甲基化發(fā)生全基因組改變。
CD4＋T細胞
表觀遺傳學機制在Th1和Th2細胞的細胞分化和功能中起著關鍵作用。STAT4和STAT6轉錄因子在輔助性T細胞分化過程中的表觀遺傳修飾和轉錄調節(jié)中起著調控作用。研究發(fā)現，STAT4在促進活躍的表觀遺傳標記方面具有更為顯著的作用，而STAT6在對抗抑制性標記方面具有更為顯著的作用。
對于T濾泡輔助細胞（Tfh）細胞，已經證明VHL－HIF－1α軸在通過糖酵解表觀遺傳重編程啟動Tfh細胞發(fā)育過程中起著重要作用。EZH2是一種HMT，催化H3K27me3并主要通過HMT活性影響Th1、Th2和Treg細胞。研究表明，EZH2敲除會損害Tfh分化和轉錄編程的激活。
Treg細胞
Treg細胞的發(fā)育嚴重依賴于FoxP3，FoxP3的表達是最佳Treg抑制活性所必需的，過去幾十年的研究表明，增強子區(qū)CpG島的DNA甲基化控制著T細胞中FoxP3的表達。此外，TET－甲基胞嘧啶雙加氧酶對Treg細胞的功能穩(wěn)定性也至關重要。一系列研究證明了TET在維持Treg細胞中穩(wěn)定的FoxP3表達中的關鍵作用。
EZH2在Treg細胞中的重要性也得到了證實。EZH2對Treg的分化和T效應細胞的擴張都至關重要，通過遺傳或藥理學手段破壞Treg細胞中的EZH2活性，導致腫瘤浸潤性Treg細胞獲得促炎功能，重塑TME，增強CD8＋和CD4＋效應T細胞的募集和功能，從而消除腫瘤。
CD8＋T細胞
基因表達的表觀遺傳調控在獲得和維持CD8＋T細胞的效應器功能，以及記憶性CD8＋T細胞對抗原再激發(fā)的快速而穩(wěn)健的反應中起著關鍵作用。表觀遺傳機制也影響CD8＋T細胞的干性及其命運。
組蛋白乙�；ㄟ^效應分子的差異表達促進CD8＋T細胞快速而穩(wěn)健的記憶反應。與原始CD8＋T細胞相比，記憶CD8＋T細胞中效應基因H3賴氨酸9乙酰化（H3K9Ac）顯著提高。此外，HDAC3已被確定為CD8＋T細胞效應器分化和細胞毒性潛能的表觀遺傳調節(jié)因子。
腫瘤細胞和免疫分子的表觀遺傳調節(jié)
癌細胞的代謝重編程是公認的癌癥標志，這已成為調節(jié)抗腫瘤免疫反應的關鍵免疫抑制機制。代謝重編程和表觀遺傳重編程是相互關聯的，并且在很大程度上，代謝狀態(tài)決定了癌癥的表觀遺傳學。
糖酵解或氧化磷酸化等代謝途徑在炎癥和組織修復過程中調節(jié)巨噬細胞功能，α－酮戊二酸通過代謝和表觀遺傳重編程協(xié)調巨噬細胞活化至M2表型。糖酵解增強也被確定影響骨橋蛋白基因表達的表觀遺傳修飾。最終，TME內的代謝條件加強了癌細胞和免疫細胞的表觀遺傳重編程，導致免疫抑制性微環(huán)境，然而，這些表觀遺傳修飾表現出可通過表觀遺傳調節(jié)劑糾正的可塑性。
在分子水平上，已知與免疫功能（STING）、CD8＋細胞毒性T細胞（GzmB、IFN－γ、IL－2、IL－12）和FOXP3＋Treg細胞相關的關鍵效應分子通過表觀遺傳途徑進行調節(jié)。事實上，許多細胞因子和趨化因子在癌癥中通過表觀遺傳途徑調節(jié)。
免疫檢查點分子（ICMs）包括程PD－1、CTLA－4、TIM－3、LAG－3以及TIGIT。這些分子及其受體在癌細胞和免疫細胞表面的表達，或其可溶性分泌形式，可幫助腫瘤細胞逃避免疫監(jiān)視。表觀遺傳機制在調節(jié)TME中ICMs及其受體的表達中起著關鍵作用。作為一個具體的例子，LAG－3 DNA甲基化與腫瘤和免疫細胞中該免疫檢查點分子的表達相關，影響透明細胞腎細胞癌中免疫細胞浸潤的命運。
表觀遺傳靶向藥物
表觀遺傳藥物經常與其他免疫刺激劑聯合使用，以實現五個目標：1）癌細胞生長停滯；2）誘導腫瘤細胞死亡（通過凋亡、壞死、自噬）；3）促進腫瘤相關新抗原的表達以提高免疫細胞識別能力；4．）缺氧逆轉和腫瘤血管生成抑制；以及5）TME中免疫細胞（DC、T細胞等）功能的調節(jié)。
目前，大量涉及表觀遺傳調控途徑的小分子酶抑制劑或激活劑正被開發(fā)用于臨床。許多表觀遺傳藥物已獲得監(jiān)管機構批準用于治療人類惡性腫瘤。
2004年，FDA批準5－azaC（商品名Vidaza）用于骨髓增生異常綜合征（MDS）的所有五個階段，隨后于2006年批準了5－aza－dC。這兩種藥物目前代表了干細胞療法不適用時MDS的一線療法。它們也被應用于慢性粒單核細胞白血�。–MML）和AML的治療。
一些HDAC抑制劑（HDACi）也已獲得FDA批準用于臨床。Vorinostat和romidepsin是這類藥物中最早被批準用于治療皮膚T細胞淋巴瘤（CTCL）的藥物。SAHA，也稱為Zolinza或Vorinostat，于2006年獲得FDA批準，目前是CTCL患者的第三線治療選擇。Romidepsin是2009年FDA批準的第二種HDAC抑制劑。隨后，Belinostat和Panobinostat以及Chidamine均被批準用于治療復發(fā)或難治性外周T細胞淋巴瘤（PTCL）或多發(fā)性骨髓瘤。
FDA藥品批準的第三波浪潮發(fā)生在過去幾年中。2017年和2018年，異檸檬酸脫氫酶1和2（IDH1／2）抑制劑Enasidenib和Ivosidenib分別被批準用于治療復發(fā)或難治性AML。最后，在2020年，FDA加速批準了tazemetostat，一種EZH2的抑制劑，用于治療上皮樣肉瘤和復發(fā)／難治性濾泡性淋巴瘤。
表觀遺傳藥物的臨床前景
到目前為止，除了少數類型的實體瘤、T細胞淋巴瘤、上皮樣肉瘤和難治性濾泡性淋巴瘤外，表觀遺傳學藥物在晚期腫瘤中通常無法證明足夠的療效，從而無法獲得FDA或其他監(jiān)管機構的批準。
然而，一些關于實體瘤的臨床研究顯現出有希望的前景。首先，Tazemetostat是第一類抑制劑的代表，對兩種實體瘤有效。單藥治療顯示出有臨床意義的、持久的反應，并且在經多次治療的復發(fā)性或難治性濾泡性淋巴瘤患者或晚期上皮樣肉瘤患者中普遍具有良好的耐受性。
其次，兩種或兩種以上的表觀遺傳藥物的組合可能是提高治療抗腫瘤療效的一個很好的選擇。在一項研究中，證明了azacitidine和romidepsin與IFN－α的聯合具有很高的治療潛力，其靶向的是結直腸癌最具侵襲性的細胞成分（即轉移細胞和癌干細胞），并調節(jié)關鍵的生存和死亡途徑（包括腫瘤ICD）。在另一項研究中，研究人員評估了使用azacitidine和entinostat對復發(fā)性轉移性非小細胞肺癌患者的聯合治療，在一些難治性NSCLC患者中顯示出客觀、持久的反應。
此外，在臨床前研究中，已報道EZH2抑制劑可增強ICIs的抗腫瘤反應。在一個病例報告中，一名使用EZH2抑制劑（tazemetostat）治療的SMARCB1陰性脊索瘤患者對放療的持續(xù)全身反應超過2年。功能分析顯示，CD8＋ T細胞和Treg細胞的腫瘤內和間質浸潤顯著增加，與T細胞上PD－1和LAG－3檢查點分子的表達增強有關。這些結果表明EZH2抑制促進持續(xù)的抗腫瘤免疫反應，導致免疫檢查點激活。新出現的臨床數據也表明，表觀遺傳藥物和ICIs的聯合療法有望用于一系列實體癌患者。
目前，有多項表觀遺傳藥物和ICIs聯合治療的臨床試驗正在進行中。
小結
令人信服的證據表明，表觀遺傳調控影響癌細胞、免疫細胞、基質細胞、癌細胞和免疫細胞之間的相互作用以及免疫TME的狀態(tài)。因此，作為一種干預手段，表觀遺傳調節(jié)本身可以誘導強大的抗腫瘤免疫。
因此，進一步增強免疫治療效果的一個合理策略是將某些表觀遺傳調節(jié)因子與一種或多種經典免疫治療方案相結合，如癌癥疫苗、ICIs、溶瘤病毒、CAR－T細胞、TCR－T細胞或其他新型免疫刺激劑。表觀遺傳藥物可以誘導ICD并使腫瘤由冷變熱，它們可能與其他免疫治療方案產生協(xié)同作用。未來，這些聯合治療方案可能在臨床研究中顯示出良好的應用前景。
參考文獻：
1．Epigenetic modulation of antitumor immunityfor improved cancer immunotherapy． Mol Cancer． 2021； 20： 171．
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