Day10:Disruption of MerTK increases the efficacy of checkpoint inhibitor by enhancing ferroptosis...

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title:Disruption of MerTK increases the efficacy of checkpoint inhibitor by enhancing ferroptosis and immune response in hepatocellular carcinoma
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time:02/20/2024
journal:Cell report medicine (IF=14.3)

Objective:

免疫检查点抑制剂,尤其是 PD-1/PD-L1 阻断剂,已被批准用于治疗不可切除的肝细胞癌(HCC)。然而,高耐药率仍然限制了它们的疗效,这凸显了了解其潜在机制并开发克服耐药策略的迫切需要。


summary

Results:

figure1

fig1a: 为了研究 HCC 中抗 PDL1/PD-1 耐药的潜在机制,使用同基因小鼠肿瘤模型来生成体内耐药模型
fig1b:肿瘤生长证明亲本 Hepa1-6 肿瘤对抗 PD-L1 治疗敏感,与用 IgG 治疗的肿瘤相比,肿瘤生长显著下降。
fig1c: 生存分析显著。(作者也做了原位模型证明)
fig1d:蛋白组测序差异分析。
fig1e-f:Western blot和免疫组织化学(IHC)染色均证实PD-L1耐药的HCC细胞和耐药小鼠模型的肿瘤组织中p-MerTK和MerTK蛋白的表达显著增加。
fig1g: 在人的数据中看MerTK的情况。
fig1h: 做了敲除和过表达模型,发现携带 Res1-6-shMerTK肿瘤的小鼠对抗 PD-L1 治疗敏感,肿瘤生长显著减少。
fig1I: PD-L1 疗法显著降低了携带 Hepa1-6 肿瘤的小鼠的肿瘤生长,但没有降低携带 Hepa1-6OE-MerTK 肿瘤的小鼠的肿瘤生长。所以认为MerTK抑制anti-PD-L1治疗
figure2

fig2a:差异蛋白KEGG分析,铁死亡通路。(为什么选了这个通路,no pvalue,no ranking first,no direction.)
fig2b:用铁死亡诱导剂和抑制剂做实验:与 Hepa1-6 细胞相比,诱导剂处理显著降低了 Res1-6 细胞中的脂质活性氧 (ROS) 水平,并且铁死亡抑制剂 Fer-1 或 DFO 消除了这些影响(为什么要看这个ROS指标:铁死亡是新发现的以过氧化脂质和活性氧堆积、游离铁增加为主要特征的程序性死亡方式,涉及谷胱甘肽代谢、铁代谢、脂质代谢和氧化应激生物学过程。)
fig2c: SYTOX Green 染色还证明 Res1-6 细胞对铁死亡诱导剂诱导的细胞死亡表现出显著抵抗力。诱导剂诱导的细胞死亡可以被铁死亡抑制剂 Fer-1 或 DFO 抑制。(虽然铁死亡诱导剂能作为抑制肿瘤转移的策略,但铁死亡对肿瘤发展的调控作用可能是双向的,如铁死亡机制促进EMT的同时也会抑制终末定植阶段癌细胞间质向上皮转化;诱导铁死亡会上调脂质代谢途径促进普通癌细胞增殖;诱导铁死亡在肿瘤免疫方面同时具有促癌和抑癌作用,而决定因素尚未明确。SYTOX Green 染色:死细胞,所以用了诱导剂,肿瘤细胞死了)
这些结果表明,铁死亡可能参与调节抗 PD-L1 耐药性,并提出了 MerTK 介导的抗 PD-L1 耐药性可能通过抑制肿瘤细胞铁死亡来实现的可能性。
fig2d-e:Hepa1-6和Hepa1-6-OE-MerTK细胞分别使用红色和绿色荧光染料标记进行标记,并在erastin处理条件下共培养,发现Hepa1-6-OE-MerTK细胞的存活率逐渐升高,而Hepa1-6细胞的存活率逐渐降低,且呈时间依赖性。(MerTK 坏 铁死亡 好)
fig2g-h: 在小鼠肿瘤模型中观察到与铁死亡相关的特征指标,包括脂质ROS和丙二醛(MDA)含量。 MerTK的过表达显著减少PD-L1治疗的Hepa1-6肿瘤小鼠的脂质ROS和MDA含量
fig2i-j :相反,在 PDL1 治疗的耐药肿瘤模型中,MerTK 的敲低显著增加脂质 ROS 和 MDA 含量
小结:MerTK 通过保护 HCC 细胞免于铁死亡来诱导抗 PD-L1 耐药性。(为啥是MerTK诱导的铁死亡 而不是 铁死亡影响了MerTK? 是不是应该在加入诱导剂和抑制剂的组里看看MerTK的表达是不是有变化?)
figure3

fig3a: 差异表达蛋白的火山图表明,铁死亡抑制因子胱氨酸/谷氨酸转运蛋白(SLC7A11)是在蛋白质组水平分析中确定的首要基因之一,SLC7A11 是阻止铁死亡的关键介质。
fig3b-c:作者想证明 SLC7A11 介导的铁死亡抑制是否足以引起 MerTK 诱导的抗 PD-1/PD-L1 耐药性,作者检测了耐药肿瘤细胞和组织中 SLC7A11 的表达。 Western blot分析和IHC 染色显示,抗PD-L1耐药肿瘤细胞中SLC7A11水平显著升高。
(这里是想说 MerTK 导致SLC7A11高表达然后抑制铁死亡,导致耐药,然后评价这个SLC7A11的表达量够不够,这种如何去定量能不能诱导耐药,如果说只要在耐药组显著升高就算,那火山图不就说明了吗?本来就是差异显著的蛋白啊)
fig3d:接下来作者在人上做了验证,分析了接受anti PD-1/PD-L1 治疗的 HCC 患者中 SLC7A11 的表达,anti PD-L1/PD-1治疗耐药的HCC患者的SLC7A11表达水平更高
fig3e:Pearson相关分析显示anti PD-L1/PD-1治疗耐药的HCC患者中MerTK和SLC7A11的表达与呈正相关(在非耐药组中的情况呢??)
只能说明MerTK 和 SCL7A11 在anti PD-L1耐药中共同高表达,如果想说明是MerTK导致的SCL7A11高表达,不是应该在OE和SH组中看这两个基因的表达情况吗?fig3i 回答这个问题
fig3f:为了进一步验证 HCC 中 SLC7A11 介导的铁死亡与抗 PD-L1 反应之间的相关性,作者在耐药老鼠模型比较了 Res1-6 和 Res1-6-shSLC7A11 肿瘤之间抗 PD-L1 治疗的反应
fig3g-h: 与 Res1-6 肿瘤相比,携带 Res1-6-shSLC7A11 肿瘤的小鼠对抗 PD-L1 治疗表现出更高的敏感性
fig3I-j: 为了证明 SLC7A11 是否对于 MerTK 诱导的抗 PDL1 耐药性至关重要,分析了带有 MerTK 的小鼠肿瘤模型中的 SLC7A11 表达。相应地,MerTK 过表达小鼠模型的皮下异种移植物中 SLC7A11 表达显著增加,另一方面,当MerTK被敲低时,耐药模型肿瘤组织中SLC7A11的表达下调
小结:分析表明 MerTK 抑制耐药性 HCC 中 SLC7A11 调节的铁死亡。
figure4

fig4a: 探究在耐药肿瘤中哪个下游信号通路被激活并介导 SLC7A11 的上调, Western blot 分析表明 ERK/SP1 通路发生显著改变。Res1-6 肿瘤细胞中 MerTK 敲低和 ERK 抑制剂处理均显著降低了 p-ERK、p-SP1 和 SLC7A11 的表达。
fig4b: 另一方面,Hepa1-6细胞中MerTK的过表达显著增加了SLC7A11蛋白表达,而ERK抑制剂处理降低了Hepa1-6-OE-MerTK细胞中SLC7A11蛋白表达
fig4c-d: 荧光探针检测显示,Hepa1-6-OE-MerTK 细胞降低了铁死亡诱导剂诱导的脂质 ROS 水平,而 ERK 抑制剂处理 Hepa16-OE-MerTK 细胞则增加了脂质 ROS 水平
fig4e:与Res1-6细胞相比,Res1-6-sh-MerTK细胞由erastin诱导的脂质ROS水平增加,并且Res1-6细胞中的ERK抑制剂处理增加了脂质ROS水平。
fig4f-g:Hepa1-6细胞中MerTK的过表达减少了铁死亡诱导剂诱导的细胞死亡,而Hepa1-6OE-MerTK细胞中的ERK抑制剂处理增加了铁死亡诱导剂诱导的细胞死亡
fig4h: 与Res1-6细胞相比,Res1-6-shMerTK细胞增加了铁死亡诱导剂诱导的细胞死亡,并且ERK抑制剂处理Res1-6细胞也增加了细胞死亡
小结:这些观察结果表明,MerTK 通过 ERK/SP1 通路抑制 SLC7A11 介导的铁死亡,从而产生抗 PD-L1 耐药性。
figure5

fig5a:为了探索MerTK在TME中的功能,在TCGA数据库中评估了MerTK表达与细胞毒性T细胞抗肿瘤活性之间的相关性,结果发现,在MerTK低表达的患者中,细胞毒性T细胞介导了总生存期的延长,而在MerTK高表达的患者中,细胞毒性T细胞没有介导总生存期的延长,表明 MerTK 降低了细胞毒性 T 细胞的抗肿瘤作用。(但是这个两条生存曲线怎么只有一个pvalue 怎么断断续续的)
fig5b: 此外,TCGA的数据库还显示MerTK的表达水平与细胞毒性CD8+T细胞的富集呈负相关
fig5c-g:mfIHC 进一步用于可视化人 HCC 组织微阵列中的 MerTK 表达和免疫子集,发现 MerTK 高表达的患者 CD8+ T 细胞浸润明显较低(图 5C 和 5D),而 MDSC(CD11b+、CD15+/CD14+)浸润较高(图e),MerTK 高表达组的 gMDSC(CD11b+、CD15+ 和 CD14)浸润明显较高(图f),高、低 MerTK 表达组之间 HCC 肿瘤组织中 mMDSC(CD11b+、CD15 和 CD14+)的富集没有显示出显著差异(图g)?(为什么这么区分MDSC?)
fig5h:HCC患者中MerTK表达水平与MDSCs比例呈显著正相关(QIF score是什么??)
fig5I:进一步评估了稳定表达 MerTK 的小鼠模型的免疫学特征。与Hepa1-6肿瘤相比,MerTK过表达导致CD8+T细胞和IFNg+CD8+T细胞显着减少,MDSCs百分比增加
fig5j:Res1-6 中 MerTK 的敲低显着增加了 CD8+ T 细胞和 IFNg+CD8+ T 细胞的数量,并降低了 MDSC 的水平
这些数据表明,MerTK 通过招募 MDSC 并显著减少 CD8+ T 细胞和 IFNg+CD8+ T 细胞,有利于促肿瘤 TME,从而诱导抗 PDL1 耐药。
figure6

fig6a: 鉴于 MerTK 能够操纵铁死亡并有利于免疫抑制 TME,我们试图确定靶向 MerTK 是否可以增加铁死亡,从而增强 HCC 对抗 PD-L1 阻断的反应。我们在体外用不同种类的MerTK抑制剂(包括UNC5293、UNC2541、UNC1267和sitravatinib)处理Res1-6细胞,发现MerTK抑制剂可以有效抑制Res1-6细胞的活力。在这些药物中,与UNC5293、UNC2541和UNC1267等其他药物相比,sitravatinib在抑制Res1-6细胞方面的IC50要低得多。
fig6b:PI染色实验表明,西曲伐替尼在体外促进erastin诱导的Res1-6细胞铁死亡
fig6c:使用荧光探针观察到 Sitravatinib 增加了 Res1-6 细胞中由erastin诱导的脂质ROS水平
fig6d: 与单独使用erastin治疗相比,使用SYTOX Green染色测定进一步证实,当erastin和sitravatinib联合治疗时,Res1-6细胞的死亡显著增加
小结:靶向 MerTK 会增加erastin 诱导的 Res1-6 细胞的铁死亡。
fig6e: 进一步研究了西曲伐替尼在抗PD-L1耐药肿瘤模型中的治疗,并用西曲伐替尼、抗PD-L1抗体及其组合治疗携带Res1-6肿瘤的小鼠。与单一疗法或对照相比,联合疗法显着降低了皮下 Res1-6 肿瘤的肿瘤重量和肿瘤生长。
fig6f: 为了进一步验证联合治疗的疗效,建立了原位Res1-6小鼠模型, 观察到联合用药后肿瘤显着消退,肺转移数量减少,小鼠存活时间延长
figure7

fig7a-b: 为了进一步了解 Sitravatinib 和抗 PD-L1 组合的抗肿瘤反应,评估了 Res1-6 皮下肿瘤的免疫学特征。与对照组相比,Res1-6 肿瘤的流式细胞分析显示,接受 Sitravatinib 或联合抗 PD-L1 治疗的小鼠中 MDSC 显着减少。此外,与单独使用sitravatinib或抗PD-L1相比,联合治疗组中CD8+ T细胞、IFNg+CD8+ T细胞的浸润和IFN-g的分泌增加。此外,西曲伐替尼治疗组中 CSF3 的表达和 MDSC 浸润减少
fig7c: Western blot结果显示,sitravatinib可以有效抑制MerTK活性并下调SLC7A11表达,而两者联合使用对Res1-6肿瘤中p-MerTK和SLC7A11水平具有协同作用
fig7d: 与蛋白质印迹结果一致,联合治疗组中 p-MerTK 和 SLC7A11 的 IHC 评分显着低于其他组
fig7e-h: 然后,为了研究联合治疗后铁死亡的调节,评估了不同治疗的耐药肿瘤中指示铁死亡的生物标志物,例如脂质ROS和MDA含量。与单独使用每种药物相比,sitravatinib 和抗 PD-L1 组合显着增加了 Res1-6 肿瘤和 Res-HCA-1 肿瘤中脂质 ROS 和 MDA 含量的水平。

Summary:

作者通过实验探究了耐药anti-pd1的人群特点,首先构建老鼠模型,然后通过蛋白测序来找到MerTK,然后通路富集找到铁死亡,之后找到抑制铁死亡的SLC7A11,并证明MerTK 上调 SLC7A11 表达以抑制肿瘤细胞铁死亡,通过在肝细胞癌 (HCC) 中招募 MDSC 来促进促肿瘤 TME,并驱动抗 PD-L1 治疗耐药。靶向 MerTK 会增加铁死亡并减少 MDSC 募集,从而激活 CD8+ T 细胞并使 HCC 对抗 PD-L1 阻断敏感。

Data:

小鼠的蛋白测序和单细胞测序数据
All data needed to evaluate the conclusions in the paper are present in the paper or the supplemental information.
(应该不给原始数据)

Sth to learn:

皮下和原味肿瘤模型的区别

如何串联上下游讲述一个完整的故事,但是MerTK和铁死亡的因果关系,没有完全理解

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参考链接:

肿瘤模型
铁死亡

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