SCAP/SREBP固醇代谢途径异常在胃癌PD-1hiCD8+耗竭性T细胞亚群形成中的作用机制及其逆转研究

PD-1/PD-L1 pathway blockade reverses the dysfunction of exhaustive T cells (TEX), and achieved significant antitumor effect in certain populations. However, the majority of patients fail to develop durable responses and progress eventually, whose mechanism is unknown. Recent studies suggest that TEX is heterogeneous, and the "terminal TEX" who does not response to PD antibody，which is a potential mechanism for drug inefficiencies. Our previous study found that ①gastric cancer patients with PD-1hiCD8+ T cells have poorest prognosis. PD-1hiCD8+T cells produce much less IFN-γand poorly response to PD-1 antibody, indicated to be terminal TEX; ②whole exome sequencing of gastric cancer tissues confirmed that disorder of cholesterol metabolism is closely related to the formation of PD-1hiCD8+ T cells subsets, and SCAP has a core position in mutant gene in cholesterol metabolism; ③Knockout of SCAP in vitro can inhibit the activation of TCR and promote the expression of PD-1. As cholesterol was an important component of lipid raft. We hypothesized that SCAP mutation will results in SREBP2 inactivation and a decrease of cholesterol, which affects the formation of lipid rafts and inhibits the translocation of TCR signaling to lipid rafts, and increases expression of PD-1. This study aims to investigate the mechanism of cholesterol metabolism in the formation of PD-1hiCD8+ TEX. Our findings will provide a scientific basis for screening patients who can benefit from PD antibody and discovering new therapeutic targets.

PD-1/PD-L1通路抗体可逆转耗竭性T细胞(TEX)的失能状态，在部分人群中取得显著抗肿瘤疗效。然而其在大部分人中无效，机制未知。最新研究提示，TEX具有异质性，其中“终末TEX”对PD抗体不响应是用药无效的潜在机制。我们前期研究发现①PD-1hiCD8+T细胞的胃癌患者预后最差，该亚群体外分泌IFN-γ减少，对PD-1抗体应答差，可能为终末TEX②癌组织全外显子测序结果证实，胆固醇代谢异常与该亚群形成密切相关，其中SCAP位于突变基因的核心位置③体外敲除SCAP可抑制TCR活化，促进PD-1表达。因胆固醇是构成脂筏的重要成份，我们推测，SCAP突变导致SREBP2不能被其剪切激活，胆固醇合成减少，通过影响脂筏形成、抑制TCR信号、促进PD-1表达。本项目旨在阐明胆固醇代谢在PD-1hiCD8+ TEX形成中的作用机制。研究成果将为筛选PD抗体受益人群，或发现新的治疗靶点提供科学依据。

近年来，PD抗体在多种实体瘤中均取得了显著的治疗效果，多种药物已被美国FDA批准上市。然而，临床上亟待解决的问题是，如何筛选PD抗体的受益人群，如何使无效甚至进展人群转变为受益人群。我们研究临床样本预后分析结果发现，胃癌肿瘤组织中存在两个耗竭性T细胞亚群：PD-1hi/PD-1lo CD8+ T细胞，PD-1hiCD8+耗竭性T细胞比例高的胃癌患者预后最差。为了深入研究胃癌中PD-1hiCD8+TEX亚群形成和调节机制，申请人挑出不同PD-1强度、不同预后、相同分期的10个病例，进行全外显子组测序分析(WES)。按照不同因素分组，将组内突变基因进行基因功能富集，并按照P值显著性进行排序发现：①按预后分组(死亡组vs生存组)，死亡组中发现了固醇/脂代谢通路的富集；②按CD8+T细胞浸润面积分组，CD8+T细胞浸润少的突变基因富集出前10条通路中有4条固醇代谢通路。并且，对照组在该通路上不存在突变基因！③PD-1联合预后分组中，PD-1hi并死亡病人的突变基因富集于固醇代谢通路和蛋白转运通路上；列出固醇代谢通路上的所有突变基因，SCAP基因处于核心位置。另外，我们深入探讨了SCAP在CD8+T细胞中的作用机制。我们的研究证实，敲除SCAP后CD8+T细胞溶酶体极化程度降低，这是细胞杀伤肿瘤能力降低的原因。随后，我们发现SCAP敲除可降低溶酶体内钙离子释放，通过胆固醇代谢对钙信号的调控控制细胞活化程度。由此可知，胆固醇代谢及其中关键基因“SCAP”突变是调控肿瘤PD-1hiCD8+耗竭性T细胞形成的关键。后续工作我们将在临床血浆及组织标本层面上，继续探讨SCAP基因突变作为预测免疫治疗疗效的可能性。除了探索SCAP在CD8+T细胞杀伤肿瘤中的作用机制，本研究也探讨了胃癌中不同免疫因子和肿瘤内源性因子对疾病进展的作用以及相应的机制。我们建立了胃癌免疫预后模型：应用Cox模型发现胃癌患者肿瘤局部组织中肿瘤细胞表达的PD-L1，免疫细胞表达的PD-L1、PD-1和浸润的CD8+T细胞具有独立预后意义。将四个免疫因子集合在一起建立的预后预测模型，可以将AJCC分期相同的患者进一步区分为高/中/低危人群，为精准治疗提供决策的理论依据。