魏文胜课题组揭示肿瘤逃逸非HLA-I类分子依赖多效型T细胞杀伤的新机制

在生物体演化和优化的过程中，多细胞生物逐渐进化出了"枪杆子"，即效应杀伤细胞群，以极其有效的方式识别和杀伤有病变的细胞。肿瘤的发生和发展需要逃避效应细胞的免疫监管。那么，肿瘤细胞是如何逃逸效应细胞攻击的呢？

2024年2月20日，Cellular & Molecular Immunology发表了来自北京大学蛋白质与植物基因研究国家重点实验室魏文胜团队的最新科研成果，题为《Unsynchronized butyrophilin molecules dictate cancer cell evasion of Vγ9Vδ2 T-cell killing》，揭示了一系列肿瘤逃逸Vγ9Vδ2 T细胞的分子机制。

Vγ9Vδ2 T细胞是人外周血中最主要的一类γδ T细胞，具备强大而广泛的肿瘤杀伤能力，是免疫疗法中极具潜力的底盘细胞。一方面，Vγ9Vδ2 T细胞通过其TCR识别肿瘤细胞表面的人嗜乳糜蛋白（BTN）分子，清除磷抗原水平失衡的细胞，实现对肿瘤的清除，而无需依赖HLA分子。另一方面，Vγ9Vδ2 T细胞具有天然免疫细胞的功能特征，即通过天然杀伤细胞（NK）活化受体来杀伤靶细胞。

研究利用全基因组CRISPR功能筛选，确定了调控Vγ9Vδ2 T细胞杀伤肿瘤细胞的上下游因子。通过在代表实体瘤和液体瘤的细胞系中进行实验，发现敲除包括BTN2A1、BTN3A1、BTN3A2、BTN3A3、QPCTL在内的两百多个基因会导致肿瘤对Vγ9Vδ2 T细胞介导的杀伤逃逸（如下图所示）。研究还发现，在一千余种肿瘤细胞系中，BTN分子呈现共表达的趋势，并受到IFN-γ通路和RFX家族的调控。进一步的研究表明，在B2M（HLA分子的组成部分）低表达的肿瘤中，BTN分子可以独立预测临床结局。这意味着Vγ9Vδ2 T细胞和αβT细胞在抗肿瘤效应上发挥独立且协同的作用。

图1. Vγ9Vδ2 T细胞杀伤筛选结果

研究首次鉴定了BTN分子的一种蛋白质翻译后修饰，即N端谷氨酰胺（Gln）的焦谷氨酸化（pyroglutamate）修饰。研究发现，QPCTL是BTN分子发生焦谷氨酸化修饰的关键酶。当QPCTL基因被敲除时，BTN分子的N端谷氨酰胺无法发生焦谷氨酸化修饰，从而影响Vγ9Vδ2 T细胞对肿瘤细胞的识别和杀伤（如下图所示）。

图2. BTN分子N端谷氨酰胺的焦谷氨酸化修饰

该研究揭示了BTN分子在序列进化水平、转录水平、表达水平和蛋白质翻译后修饰水平上的一致性及功能鲁棒性。并表明BTN3A2和BTN3A3分子也参与T细胞的活化。最新研究表明BTN3A1分子与TCR之间存在相互作用（bioRxiv 2023.08.30.555639）。BTN3A1分子和TCR分子的互作位点与BTN2A1和BTN3A1分子之间的互作位点相一致。在正常细胞中，BTN分子之间形成了"活化表位遮蔽"状态。当BTN分子之间的相互作用受到干扰时，可以通过两种方式来实现：一是通过异位抗体的结合（由外而内），二是通过磷抗原的作用（由内而外），从而激活T细胞。该研究提示BTN3A2和BTN3A3参与了表位遮蔽和TCR活化的生物学过程。

随着Vγ9Vδ2 T细胞在肿瘤免疫领域应用的不断拓展，诱导和增强γδ T细胞对肿瘤细胞和感染细胞的识别和杀伤变得至关重要。其中，临床上使用唑来膦酸来激活T细胞已成为一种重要策略。该研究系统鉴定了介导唑来膦酸入胞的效应分子（如下图所示），有助于深入了解其作用机制并开发相关的治疗药物。此外，鉴定与Vγ9Vδ2 T细胞效应功能相关的增效基因，有利于推动细胞基因疗法的研究，提高抗瘤效能。

图3.唑来膦酸入胞效应分子及BTN分子活化关键步骤

北京大学魏文胜教授为论文主要通讯作者，北京协和医院黄超兰教授为共同通讯作者。北京大学生物医学前沿创新中心武泽光博士、拉毛切忠博士（CLS毕业生）和顾美超博士为共同第一作者。本研究还得到了课题组博士生靳宣宣、刘莹博士,墨尔本大学A. Uldrich博士以及博雅辑因袁鹏飞博士的帮助和宝贵建议。该研究获得了国家自然科学基金、北大-清华生命科学联合中心、昌平实验室等的支持。

文章链接: https://doi.org/10.1038/s41423-024-01135-z